KR20200014353A - Coated silica particles - Google Patents

Coated silica particles Download PDF

Info

Publication number
KR20200014353A
KR20200014353A KR1020197038474A KR20197038474A KR20200014353A KR 20200014353 A KR20200014353 A KR 20200014353A KR 1020197038474 A KR1020197038474 A KR 1020197038474A KR 20197038474 A KR20197038474 A KR 20197038474A KR 20200014353 A KR20200014353 A KR 20200014353A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
composition
particles
silica particles
curable
underground
Prior art date
Application number
KR1020197038474A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
라젠드라 아룬쿠마르 칼가온카르
파쿠엔 프랭크 창
Original Assignee
사우디 아라비안 오일 컴퍼니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 사우디 아라비안 오일 컴퍼니 filed Critical 사우디 아라비안 오일 컴퍼니
Publication of KR20200014353A publication Critical patent/KR20200014353A/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/56Compositions for consolidating loose sand or the like around wells without excessively decreasing the permeability thereof
    • C09K8/57Compositions based on water or polar solvents
    • C09K8/572Compositions based on water or polar solvents containing inorganic compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/56Compositions for consolidating loose sand or the like around wells without excessively decreasing the permeability thereof
    • C09K8/57Compositions based on water or polar solvents
    • C09K8/575Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds
    • C09K8/5751Macromolecular compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/56Compositions for consolidating loose sand or the like around wells without excessively decreasing the permeability thereof
    • C09K8/57Compositions based on water or polar solvents
    • C09K8/575Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds
    • C09K8/5751Macromolecular compounds
    • C09K8/5755Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2208/00Aspects relating to compositions of drilling or well treatment fluids
    • C09K2208/10Nanoparticle-containing well treatment fluids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)

Abstract

본 출원은 코팅된 실리카 입자, 코팅된 실리카 입자를 함유하는 조성물, 및 이들 조성물을 지하 지층에 사용하는 방법에 관한 것이다. 코팅된 실리카 입자는 입자의 외표면에 비공유적으로 결합된 양이온 종을 포함한다. 입자는 나노 입자를 포함할 수 있다.The present application relates to coated silica particles, compositions containing coated silica particles, and methods of using these compositions in underground strata. The coated silica particles include cationic species that are covalently bound to the outer surface of the particles. The particles may comprise nanoparticles.

Description

코팅된 실리카 입자Coated silica particles

우선권 주장Priority claim

본 출원은 2017년 6월 23일자로 출원된 미국 가출원 제62/514,314호를 기초로 한 우선권을 주장한다. 상기 가출원의 전체 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.This application claims priority based on US Provisional Application No. 62 / 514,314, filed June 23, 2017. The entire contents of the provisional application are incorporated herein by reference.

기술 분야Technical field

본 출원은 코팅된 실리카 입자, 코팅된 실리카 입자를 함유하는 조성물, 및 상기 조성물을 지하 지층에 사용하는 방법에 관한 것이다.The present application relates to coated silica particles, compositions containing coated silica particles, and methods of using the compositions in underground strata.

탄화수소(예를 들어, 석유 또는 천연 가스) 및 물과 같은 회수 가능한 유체는 지하 지층에서 빈번하게 발견된다. 일부 지하 지층은 지하 지층을 통한 유체의 흐름에 의한 지하 지층의 침식을 방지하기에 충분히 견고하지 않다. 종종 미고결화(unconsolidated) 또는 연약(incompetent) 층으로 지칭되는 이러한 지하 지층은 모래, 점토 또는 암석(예를 들어, 사암, 석회석, 석영, 제올라이트, 미사암(siltstone), 셰일 또는 자갈)의 비고화되거나(uncemented) 느슨하게 고결화된 알갱이(grain)를 포함한다. 유체가 지하 지층을 통해 흐를 때, 느슨한 물질, 특히 모래 알갱이는 유체와 함께 이동하여 지하 지층의 침식 및 붕괴를 유발한다. 느슨한 모래는 지하 지층, 유정 및 시추 장비 내에 축적될 수 있다. 이러한 축적은 막힘 및 회수 가능한 유체의 유동 감소를 야기할 수 있다. 이 혼입된 모래 입자는 지하 장비(예를 들어, 스트레이너(strainer), 라이너(liner), 밸브 및 펌프)의 침식을 유발하고, 압력을 감소시키고, 유체의 흐름을 제한하며, 필드 저장 탱크를 오염시킬 수 있다. 느슨한 모래는 표면으로의 유체 흐름에 의해 운반될 수 있으며, 추출되는 유체와 함께 유정으로부터 제거된다. 충분한 양의 모래가 생산 지층으로부터 운반되면, 지층이 붕괴되어 유정에 심각한 손상을 줄 수 있다. 따라서, 연약 지하 지층으로부터 회수 가능한 유체를 생산하는 것과 관련된 문제는 유정 생산성을 감소시키고, 유정 유지 비용을 증가시킬 수 있다.Recoverable fluids such as hydrocarbons (eg, petroleum or natural gas) and water are frequently found in underground strata. Some underground strata are not strong enough to prevent erosion of underground strata by the flow of fluid through the underground strata. These subterranean strata, often referred to as unconsolidated or incompetent layers, are the remarks of sand, clay or rock (e.g. sandstone, limestone, quartz, zeolite, siltstone, shale or gravel). Contains uncemented or loosely solidified grains. As the fluid flows through the subterranean strata, loose materials, especially sand grains, move with the fluid, causing erosion and collapse of the subterranean strata. Loose sand can accumulate in underground strata, oil wells and drilling equipment. This buildup can cause clogging and reduced flow of recoverable fluid. These entrained sand particles can cause erosion of underground equipment (eg, strainers, liners, valves and pumps), reduce pressure, restrict fluid flow, and contaminate field storage tanks. You can. Loose sand can be carried by the fluid flow to the surface and is removed from the oil well with the fluid being extracted. If a sufficient amount of sand is transported from the production strata, the strata collapse and can seriously damage the well. Thus, problems associated with producing recoverable fluids from the soft underground strata can reduce well productivity and increase well maintenance costs.

개요summary

본 출원은 특히 고결화되지 않은 지층에서 모래를 제어하는 방법을 개시한다. 본원 명세서에서 나중에 설명되는 방법은 고결화되지 않은 지층의 모래 입자 위에 결집될 수 있는 양으로 하전된 개질된 실리카 입자를 사용하는 단계를 포함한다. 양으로 하전된 개질된 입자는 고결화되지 않은 지층을 가로질러 고결화 물질의 단일층을 형성하여 원하는 투과성 특징과 함께 모래 제어를 제공한다. 본 출원의 모래 제어 처리 물질은 예를 들어 양이온성 중합체, 및 선택적으로 필(pill)로서 하향공(downhole)에 배치된 pH 조절제 또는 이온 강도 조절제를 사용하여 개질된 콜로이드성 실리카 입자를 포함한다. 전체 처리 물질은 단일 단계 작업을 통해 하향공에 배치할 수 있다. 이 개질된 실리케이트 물질은 고결화되지 않은 모래 입자 주위에 경질 겔의 얇은 단일층을 형성한다. 단일층은 모래 알갱이를 함께 고화하고, 동시에 석유와 같은 탄화수소의 생성을 용이하게 하기 위해 처리 물질을 통한 투과성을 유지시킨다.The present application discloses a method of controlling sand, especially in non-solidified strata. The method described later herein includes the use of modified charged silica particles in an amount that can aggregate on the sand particles of the unsolidified strata. The positively charged modified particles form a monolayer of solidifying material across the unsolidified strata to provide sand control with the desired permeability characteristics. The sand control treatment materials of the present application include, for example, cationic polymers and colloidal silica particles modified with a pH regulator or ionic strength regulator, optionally disposed in the downhole as a pill. The entire treatment material can be placed in the downhole in a single step operation. This modified silicate material forms a thin monolayer of hard gel around the unsolidified sand particles. The monolayer solidifies the sand grains together and at the same time maintains permeability through the treatment material to facilitate the production of hydrocarbons such as petroleum.

일부 측면에서, 코팅된 실리카 입자는 입자의 외표면에 비공유적으로 결합된 양이온 종을 포함한다. 입자는 나노 입자를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 나노 입자는 약 1 나노미터(nm) 내지 약 500 nm의 직경, 약 1 nm 내지 약 150 nm의 직경, 약 5 nm 내지 약 50 nm의 직경 또는 약 5 nm 내지 약 17 nm의 직경을 포함한다.In some aspects, the coated silica particles comprise cationic species non-covalently bound to the outer surface of the particle. The particles may comprise nanoparticles. In some embodiments, the nanoparticles have a diameter of about 1 nanometer (nm) to about 500 nm, a diameter of about 1 nm to about 150 nm, a diameter of about 5 nm to about 50 nm or about 5 nm to about 17 nm It includes the diameter.

일부 실시양태에서, 양이온 종은 금속 양이온을 포함한다. 일부 실시양태에서, 금속 양이온은 2 이상의 산화 상태를 포함한다. 일부 실시양태에서, 금속 양이온은 알루미늄 또는 철을 포함할 수 있다. 금속 양이온은 Al2O3, Al2(S04)3, KAl(S04)2, FeCl3 및 Fe2(S04)3, 및 이의 수화물 또는 용매화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 염 또는 산화물을 형성할 수 있다.In some embodiments, the cationic species comprises a metal cation. In some embodiments, the metal cation comprises two or more oxidation states. In some embodiments, the metal cation may comprise aluminum or iron. The metal cation is a salt or oxide selected from the group consisting of Al 2 O 3 , Al 2 (S0 4 ) 3 , KAl (S0 4 ) 2 , FeCl 3 and Fe 2 (S0 4 ) 3 , and hydrates or solvates thereof. Can be formed.

일부 실시양태에서, 양이온 종은 양이온성 중합체를 포함한다. 양이온성 중합체는 폴리(2-히드록시프로필-1-N-디메틸암모늄 클로라이드), 폴리(2-히드록시프로필-1-1-N-디메틸암모늄클로라이드), 폴리[N-(디메틸아미노메틸)]-아크릴아미드, 폴리(2-비닐이미다졸리늄 비술페이트), 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드), 폴리(N-디메틸아미노프로필)-메타크릴아미드 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 일부 실시양태에서, 양이온성 중합체는 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 양이온성 중합체의 분자량은 약 1,000 달톤(Da) 내지 약 1,000,000 Da, 약 1,500 Da 내지 약 500,000 Da, 또는 약 1,500 Da 내지 약 100,000 Da의 범위이다.In some embodiments, the cationic species comprises a cationic polymer. Cationic polymers include poly (2-hydroxypropyl-1-N-dimethylammonium chloride), poly (2-hydroxypropyl-1-1-N-dimethylammonium chloride), poly [N- (dimethylaminomethyl)] -Acrylamide, poly (2-vinylimidazolinium bisulfate), poly (diallyldimethylammonium chloride), poly (N-dimethylaminopropyl) -methacrylamide, and combinations thereof. . In some embodiments, the cationic polymer comprises poly (diallyldimethylammoniumchloride). In some embodiments, the molecular weight of the cationic polymer ranges from about 1,000 Daltons (Da) to about 1,000,000 Da, about 1,500 Da to about 500,000 Da, or about 1,500 Da to about 100,000 Da.

일부 실시양태에서, 양이온성 중합체는 수용성일 수 있다.In some embodiments, the cationic polymer can be water soluble.

일부 실시양태에서, 양이온 종은 4차 암모늄 화합물을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 4차 암모늄 화합물은 1,2-에탄디아미늄, N,N'-비스[2-[비스(2-히드록시에틸)메틸암모니오]에틸]-N,N'-비스(2-히드록시에틸)-N,N'-디메틸-, 테트라클로라이드를 함유할 수 있다.In some embodiments, the cationic species can include quaternary ammonium compounds. In some embodiments, the quaternary ammonium compound is 1,2-ethanediamino, N, N'-bis [2- [bis (2-hydroxyethyl) methylammonio] ethyl] -N, N'-bis ( 2-hydroxyethyl) -N, N'-dimethyl-, tetrachloride.

일부 실시양태에서, 실리카 입자의 중량에 대한 양이온 종의 양은 약 5 중량%(wt.%) 내지 약 20 중량%의 범위이다. 코팅된 입자는 순 양전하를 포함할 수 있다. 양이온 종과 실리카 입자의 외표면 사이의 비공유 결합은 정전기적 상호작용을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 정전기적 상호작용은 실리카 입자의 음으로 하전된 외표면과 양으로 하전된 양이온 종 사이의 인력을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 정전기적 상호작용은 실리카 입자의 외표면 상의 실란올 기 또는 실릴옥시 음이온과 양으로 하전된 양이온 종 사이의 인력을 포함할 수 있다.In some embodiments, the amount of cationic species by weight of the silica particles ranges from about 5 wt% (wt.%) To about 20 wt%. The coated particles may comprise a net positive charge. Non-covalent bonds between the cationic species and the outer surface of the silica particles can include electrostatic interactions. In some embodiments, the electrostatic interaction may include attraction between the negatively charged outer surface of the silica particles and the positively charged cationic species. In some embodiments, the electrostatic interaction can include attraction between the silanol groups or silyloxy anions and the positively charged cationic species on the outer surface of the silica particles.

일부 측면에서, 실리카 입자의 외표면에 비공유적으로 결합된 양이온 종을 함유하는 코팅된 실리카 입자를 제조하는 방법은 (i) 분산상의 고체 실리카 입자 및 연속상의 용매를 포함하는 콜로이드 분산액을 수득하는 단계; (ii) 양이온 종을 수득하는 단계; 및 (iii) 단계 (i)의 콜로이드 분산액을 단계 (ii)의 양이온 종과 조합하여 코팅된 실리카 입자를 수득하는 단계를 포함한다. 일부 실시양태에서, 고체 실리카 입자는 나노 입자일 수 있다. 나노 입자는 약 1 nm 내지 약 500 nm의 직경, 약 1 nm 내지 약 150 nm의 직경, 약 5 nm 내지 약 50 nm의 직경, 또는 약 5 nm 내지 약 17 nm의 직경을 포함할 수 있다.In some aspects, a method of making coated silica particles containing cationic species non-covalently bound to the outer surface of silica particles comprises the steps of (i) obtaining a colloidal dispersion comprising solid silica particles in a dispersed phase and a solvent in a continuous phase ; (ii) obtaining a cationic species; And (iii) combining the colloidal dispersion of step (i) with the cationic species of step (ii) to obtain coated silica particles. In some embodiments, the solid silica particles can be nanoparticles. The nanoparticles may comprise a diameter of about 1 nm to about 500 nm, a diameter of about 1 nm to about 150 nm, a diameter of about 5 nm to about 50 nm, or a diameter of about 5 nm to about 17 nm.

일부 실시양태에서, 콜로이드 분산액의 연속상의 용매는 물을 포함한다. 콜로이드 분산액에서 분산상의 양은 약 5 중량% 내지 약 50 중량%의 범위일 수 있거나, 콜로이드 분산액의 분산상의 양은 약 15 중량%일 수 있다.In some embodiments, the solvent of the continuous phase of the colloidal dispersion comprises water. The amount of dispersed phase in the colloidal dispersion may range from about 5% to about 50% by weight, or the amount of dispersed phase of the colloidal dispersion may be about 15% by weight.

일부 실시양태에서, 본 명세서에서 설명되는 방법은 콜로이드 분산액에 무기 염 용액을 첨가하는 단계를 포함한다. 무기 염은 NaCl을 함유할 수 있다. 용액 중 무기 염의 농도는 약 1% 중량/부피(w/v) 내지 약 30% w/v의 범위일 수 있다. 무기 염 용액의 양은 콜로이드 분산액의 양에 대해 약 5 중량% 내지 약 15 중량%의 범위일 수 있다.In some embodiments, the methods described herein include adding an inorganic salt solution to the colloidal dispersion. The inorganic salt may contain NaCl. The concentration of inorganic salts in the solution may range from about 1% weight / volume (w / v) to about 30% w / v. The amount of inorganic salt solution may range from about 5% to about 15% by weight relative to the amount of colloidal dispersion.

일부 실시양태에서, 본 명세서에서 설명되는 방법은 용액 형태의 양이온 종을 포함할 수 있다. 용액은 수용액을 포함할 수 있다. 용액 중 양이온 종의 농도는 약 10 중량% 내지 약 50 중량%의 범위이다. 양이온 종의 양은 콜로이드 분산액의 양에 대해 약 0.1 중량% 내지 약 2 중량%의 범위일 수 있다.In some embodiments, the methods described herein can include cationic species in solution form. The solution may comprise an aqueous solution. The concentration of cationic species in the solution ranges from about 10% by weight to about 50% by weight. The amount of cationic species can range from about 0.1% to about 2% by weight relative to the amount of colloidal dispersion.

일부 실시양태에서, 조합 단계는 양이온 종을 콜로이드 분산액에 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 조합한 후에 코팅된 실리카 입자를 수득하기에 충분한 시간 동안 반응 혼합물을 연속적으로 교반할 수 있다. 시간은 약 1분 내지 약 15분의 범위일 수 있다. 일부 실시양태에서, 조합 단계는 실리카 입자의 외표면에 대한 양이온 종의 비공유 결합을 포함할 수 있다.In some embodiments, the combining step can include adding a cationic species to the colloidal dispersion. After combination, the reaction mixture can be continuously stirred for a time sufficient to obtain coated silica particles. The time may range from about 1 minute to about 15 minutes. In some embodiments, the combining step may comprise noncovalent bonding of the cationic species to the outer surface of the silica particles.

일부 측면에서, 코팅된 실리카 입자는 본 명세서에서 설명되는 방법 중 어느 하나에 의해 제조된다.In some aspects, the coated silica particles are prepared by any of the methods described herein.

일부 측면에서, 경화성 지연 겔화 조성물은 본 명세서의 앞부분에서 설명된 코팅된 실리카 입자를 포함하는 미립자 물질을 포함한다. 조성물 내의 미립자 물질의 양은 약 10 중량% 내지 약 50 중량%일 수 있거나, 또는 조성물 내의 미립자 물질의 양은 약 15 중량%일 수 있다. 조성물은 용매를 포함할 수 있다. 용매는 물을 포함할 수 있다. 조성물은 약 50 중량% 내지 약 90 중량%의 물을 포함할 수 있다. 조성물의 pH는 약 9 내지 약 11의 범위일 수 있다. 조성물의 점도는 약 5 센티포이즈(cP) 내지 약 10 cP의 범위일 수 있다.In some aspects, the curable delayed gelling composition comprises a particulate material comprising the coated silica particles described earlier in this specification. The amount of particulate material in the composition may be about 10% to about 50% by weight, or the amount of particulate material in the composition may be about 15% by weight. The composition may comprise a solvent. The solvent may comprise water. The composition may comprise about 50% to about 90% by weight of water. The pH of the composition may range from about 9 to about 11. The viscosity of the composition may range from about 5 centipoise (cP) to about 10 cP.

일부 실시양태에서, 조성물은 활성화제를 함유할 수 있다. 활성화제는 pH 조절제를 포함할 수 있다. pH 조절제는 에스테르 화합물을 함유할 수 있다. 에스테르 화합물은 포르메이트 에스테르, 락테이트 에스테르 및 폴리락티드 수지로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 에스테르 화합물은 디에틸렌 글리콜 디포르메이트 및 에틸 락테이트로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 에스테르 화합물은 가수분해되어 산 화합물을 생성할 수 있다. 에스테르 화합물의 가수분해는 약 75℉ 내지 약 350℉ 범위의 온도에서 일어날 수 있다. 에스테르 화합물의 가수분해는 약 150℉ 내지 약 250℉ 범위의 온도에서 일어날 수 있다. 에스테르 화합물의 가수분해는 조성물의 pH를 약 5 미만으로 감소시킬 수 있다. 조성물 내의 pH 조절제의 양은 약 0.25 중량% 내지 약 4 중량%의 범위일 수 있다.In some embodiments, the composition may contain an activator. The activator may comprise a pH adjuster. The pH adjusting agent may contain an ester compound. The ester compound may be selected from the group consisting of formate esters, lactate esters and polylactide resins. The ester compound may be selected from the group consisting of diethylene glycol diformate and ethyl lactate. The ester compound can be hydrolyzed to produce an acid compound. Hydrolysis of the ester compound can occur at temperatures ranging from about 75 ° F. to about 350 ° F. Hydrolysis of the ester compound can occur at temperatures in the range of about 150 ° F. to about 250 ° F. Hydrolysis of the ester compound can reduce the pH of the composition to less than about 5. The amount of pH adjuster in the composition may range from about 0.25% to about 4% by weight.

일부 실시양태에서, 조성물은 이온 강도 조절제를 포함할 수 있다. 이온 강도 조절제는 무기 전해질을 함유할 수 있다. 무기 전해질은 KCl, NaCl 및 NaBr로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 조성물 내의 이온 강도 조절제의 양은 약 1 중량% 내지 약 5 중량%의 범위일 수 있다. 활성화제는 조성물의 경화를 촉진하도록 구성될 수 있다. 조성물은 조성물이 형성되고 3시간 이상 후에 경질의 고결화된 겔을 형성하도록 조정될 수 있다. 조성물은 약 75℉ 내지 약 350℉ 범위의 온도에서 경질의 고결화된 겔을 형성하도록 조정될 수 있다. 조성물은 약 150℉ 내지 약 250℉ 범위의 온도에서 경질의 고결화된 겔을 형성하도록 조정될 수 있다. 일부 실시양태에서, 조성물은 유동할 수 없을 때 경질의 고결화된 겔로 간주된다.In some embodiments, the composition can include an ionic strength modifier. Ionic strength modifiers may contain an inorganic electrolyte. The inorganic electrolyte may be selected from the group consisting of KCl, NaCl and NaBr. The amount of ionic strength modifier in the composition may range from about 1% to about 5% by weight. The activator can be configured to promote curing of the composition. The composition can be adjusted to form a hard consolidated gel at least 3 hours after the composition is formed. The composition can be adjusted to form a hard, solidified gel at a temperature in the range of about 75 ° F. to about 350 ° F. The composition can be adjusted to form a hard, solidified gel at a temperature in the range of about 150 ° F. to about 250 ° F. In some embodiments, the composition is considered to be a hard consolidated gel when it cannot flow.

일부 측면에서, 연약 지하 지층을 고결화하는 방법은 연약 층을 본 명세서에서 설명되는 임의의 하나의 조성물의 경화성 지연 겔화 조성물과 접촉시켜 지하 입자의 고결화물을 수득하는 단계를 포함한다. 접촉 단계는 경화성 지연 겔화 조성물을 고결화되지 않은 지하 입자의 표면에 흡수시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 조성물의 경화는 지하 입자를 고결화되지 않은 지하 입자 상에 경질 겔의 층으로서 고화하는 단계를 포함할 수 있다. 지하 입자는 모래 알갱이를 포함할 수 있다. 지하 입자의 고결화물은 유체에 투과성일 수 있다. 지하 입자의 고결화물은 약 700파운드 힘(lbf) 이상의 압력 하중을 견디는 강도를 가질 수 있다. 지하 입자의 고결화물은 약 700 lbf 내지 약 1000 lbf의 압력 하중을 견디는 강도를 가질 수 있다. 연약 지하 지층은 유정에 의해 관통될 수 있다. 접촉은 코일 튜빙(coil tubing) 장비를 사용하여 경화성 지연 겔화 조성물을 연약 지하 지층에 전달하는 단계를 포함할 수 있다. 연약 지하 지층은 탄화수소 함유층을 포함할 수 있다. 탄화수소는 석유를 포함할 수 있다. 상기 방법은 고결화된 층으로부터 석유를 생산하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. In some aspects, the method of solidifying the soft underground strata includes contacting the soft layer with the curable delayed gelling composition of any one of the compositions described herein to obtain solidified particles of underground particles. The contacting step may further comprise absorbing the curable delayed gelling composition onto the surface of the unsolidified underground particles. Curing of the composition may include solidifying the underground particles as a layer of hard gel on the unsolidified underground particles. Underground particles can include sand grains. The solidified particles of the underground particles may be permeable to the fluid. The solidified particles of the underground particles may have strength to withstand pressure loads of about 700 pound forces (lbf) or more. The solidified particles of the underground particles may have strength to withstand pressure loads of about 700 lbf to about 1000 lbf. The soft underground strata can be penetrated by wells. The contacting may include delivering the curable delayed gelling composition to the soft subterranean layer using coil tubing equipment. The soft underground strata can include a hydrocarbon containing layer. Hydrocarbons may include petroleum. The method may further comprise producing petroleum from the solidified layer.

본 명세서에서 설명되는 조성물의 특정 실시양태는 고결화되지 않은 층의 느슨한 모래 입자를 고결화하도록 설계된다. 본 명세서에서 설명되는 상이한 성분(예를 들어, 첨가제)의 농도 범위 및 비율은 석유 생산 과정 동안 발생하는 원치 않는 모래 생산을 완화하는 데 유용할 수 있다.Certain embodiments of the compositions described herein are designed to solidify loose sand particles in an unsolidified layer. Concentration ranges and ratios of the different components (eg, additives) described herein can be useful to mitigate unwanted sand production that occurs during petroleum production.

일부 실시양태에서, 본 명세서에서 설명되는 조성물은 개시된 특정 화학적 활성화제의 존재 하에서 반응하는 코팅된 나노실리카 입자를 함유한다. 예를 들어, 조성물은 코팅된 나노실리카 입자를 포함할 수 있으며, 여기서 코팅된 나노실리카 입자의 점도는 증가하고, 결국 특정 화학적 활성화제에 반응하여 겔화된다. 일부 실시양태에서, 상기 설명된 겔화 반응은 정적 조건 하에서뿐만 아니라, 동적 조건 하에서도 발생할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 겔화 반응은 전단 조건, 온도 조건 또는 둘 다와 무관할 수 있다. 예를 들어, 개시된 화학적 활성화제가 없는 경우, 코팅된 나노 입자의 특정 실시양태는 나노 입자가 전단되는 조건, 고온에 노출되는 조건 하에서, 또는 두 조건의 조합 하에서 겔화되지 않을 것이다. 따라서, 일부 실시양태에서, 개시된 나노 입자의 겔화 특징은 나노 입자가 본 명세서에서 설명되는 화학적 활성화제에 노출된 후에만 겔화가 시간, 온도 및 농도에 의존하기 때문에 특유한 것이다.In some embodiments, the compositions described herein contain coated nanosilica particles that react in the presence of certain chemical activators disclosed. For example, the composition may comprise coated nanosilica particles, where the viscosity of the coated nanosilica particles increases and eventually gelates in response to certain chemical activators. In some embodiments, the gelation reaction described above can occur under static conditions as well as under dynamic conditions. In various embodiments, the gelling reaction can be independent of shear conditions, temperature conditions, or both. For example, in the absence of the disclosed chemical activator, certain embodiments of the coated nanoparticles will not gel under conditions where the nanoparticles are sheared, exposed to elevated temperatures, or a combination of both conditions. Thus, in some embodiments, the gelling characteristics of the disclosed nanoparticles are unique because the gelation depends on time, temperature and concentration only after the nanoparticles have been exposed to the chemical activators described herein.

다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서의 뒷부분에서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 출원이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 방법 및 물질은 본 출원에서 사용하기 위해 본 출원의 뒷부분에서 설명되고; 관련 기술 분야에 공지된 다른 적합한 방법 및 물질이 또한 사용될 수 있다. 물질, 방법 및 실시예는 단지 예시적인 것이며, 제한하려는 것이 아니다. 본 명세서의 뒷부분에서 언급되는 모든 간행물, 특허 출원, 특허, 시퀀스, 데이터베이스 항목 및 기타 참조문헌은 그 전체가 참조로 포함된다. 충돌이 있을 경우, 정의를 포함한 본 명세서가 우선할 것이다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used later in this specification have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this application belongs. The methods and materials are described later in this application for use in the present application; Other suitable methods and materials known in the art may also be used. The materials, methods, and examples are illustrative only and not intended to be limiting. All publications, patent applications, patents, sequences, database entries, and other references mentioned later in this specification are incorporated by reference in their entirety. In case of conflict, the present specification, including definitions, will control.

본 출원의 다른 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명 및 도면, 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.Other features and advantages of the present application will be apparent from the following detailed description and drawings, and from the claims.

특허 또는 출원 파일은 컬러로 실행된 적어도 하나의 컬러 도면을 포함한다. 이 특허 출원 공개의 사본 및 컬러 도면(들)은 신청서를 제출하고 필요한 비용을 지불하면 특허청에서 제공할 것이다.
도 1은 양으로 하전된 양이온 종으로 코팅된 실리카 나노 입자의 개략도이다.
도 2a 및 2b는 도 1의 나노 입자의 외표면의 실란올 기 및 실릴옥시 음이온에 결합된 양이온 종을 보여주는 반응식이다.
도 3은 양이온성 중합체 폴리(디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드)(PDADMAC)를 사용한 실리카 입자의 변형을 보여주는 반응식이다.
도 4는 양이온 종(예를 들어, PDADMAC)으로 코팅된 나노실리카 입자를 포함하는 고결화된 지하 지층의 개략도이다.
도 5는 양이온 종(예를 들어, 베이커 휴즈(Baker Hughes)의 클레이 마스터(Clay Master)™ 5C)으로 코팅된 나노실리카 입자를 사용하여 고결화된 모래 팩을 포함하는 시험관을 보여주는 이미지이다.
The patent or application file includes at least one color drawing executed in color. Copies and color drawing (s) of this patent application publication will be provided by the Office upon submission of the application and payment of the necessary fee.
1 is a schematic of silica nanoparticles coated with positively charged cationic species.
2A and 2B are schemes showing cationic species bound to silanol groups and silyloxy anions on the outer surface of the nanoparticles of FIG. 1.
FIG. 3 is a scheme showing the modification of silica particles using cationic polymer poly (diallyl dimethyl ammonium chloride) (PDADMAC).
4 is a schematic of a consolidated underground strata including nanosilica particles coated with cationic species (eg, PDADMAC).
FIG. 5 is an image showing a test tube containing a sand pack solidified using nanosilica particles coated with cationic species (eg, Clay Master ™ 5C from Baker Hughes).

상세한 설명details

연약 지하 지층의 효과적인 고결화는 만만찮은 도전이다. 원치 않는 모래 생산을 제어하는 가장 일반적인 방법은 다음을 수반한다: (1) 스크린에 의해 유지되는 자갈 팩을 통해 생산된 유체를 여과하는 단계, 또는 (2) 수지 및 경화제를 포함하는 고결화 유체를 다른 화학물질과 함께 사용하여 수지 경화 반응 발생에 도움이 되는 환경을 생성하는 단계. 자갈 패킹 처리는 비용이 많이 들며, 일반적으로 특수 도구 및 장비의 사용을 수반한다. 또한, 여과된 물질의 축적으로 인해 일정 시간 후에는 자갈 및 스크린이 막힐 수 있다. 화학적 고결화에 의한 모래 제어는 알갱이-대-알갱이 고화를 제공하기 위해 화학물질을 고결화되지 않은 지층 내에 주입하는 단계를 수반한다. 화학물질 시약에 의한 이러한 종래의 모래 고결화 방법은 비교적 제어할 수 없는 설정 시간을 갖는 경향이 있다. 설정 시간이 너무 길면, 유체가 보다 투과성이 큰 영역으로 흐를 수 있으며, 이로 인해 지층이 불균일하게 처리될 수 있다. 설정 시간이 너무 짧으면, 수지의 조기 경화로 이어질 수 있으며, 이로 인해 처리가 실패할 수 있다.Effective solidification of the soft underground strata is a daunting challenge. The most common method of controlling unwanted sand production involves: (1) filtering the produced fluid through a gravel pack held by a screen, or (2) freezing fluid containing resin and hardener. Use with other chemicals to create an environment conducive to the resin curing reaction. Gravel packing treatments are expensive and generally involve the use of special tools and equipment. In addition, the accumulation of filtered material may cause the gravel and screen to clog after a certain time. Sand control by chemical solidification involves injecting chemicals into the unsolidified strata to provide grain-to-grain solidification. Such conventional sand solidification methods with chemical reagents tend to have relatively uncontrollable set times. If the set time is too long, the fluid may flow into a more permeable region, which may cause the strata to be unevenly processed. If the set time is too short, it may lead to premature curing of the resin, which may cause the treatment to fail.

따라서, 본 출원은 미립자 실리카 조성물, 및 지하 지층의 회수 가능 유체에 대한 투과성을 유지하면서 연약 지하 지층의 효과적인 고결화 및 상기 지층에서의 느슨한 모래의 제어를 제공하기 위한 상기 조성물의 사용 방법을 제공한다. 실리카 조성물의 실시양태, 및 이러한 조성물의 제조 및 사용 방법은 본 명세서에서 추후 설명된다.Accordingly, the present application provides a particulate silica composition and a method of using the composition to provide effective solidification of the soft underground strata and control of loose sand in the strata while maintaining permeability to the recoverable fluid of the underground strata. . Embodiments of silica compositions, and methods of making and using such compositions, are described later herein.

정의Justice

용어 "예를 들어" 및 "예컨대" 및 그의 문법적으로 동등한 용어의 경우, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, "및 비제한적으로"라는 문구가 뒤따르는 것으로 이해될 수 있다.The terms "for example" and "such as" and their grammatically equivalent terms may be understood to be followed by the phrase "and without limitation," unless expressly stated otherwise.

본 명세서에서 추후에 사용되는 바와 같이, 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥상 명백하게 다르게 지시되지 않는 한, 복수의 지시 대상을 포함할 수 있다.As used later in this specification, the singular forms “a”, “an” and “the” may include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서 추후에 사용되는 바와 같이, "약"이라는 용어는 "대략"(예를 들어, 표시된 값의 + 또는 - 약 10%)을 의미한다.As used later in this specification, the term "about" means "approximately" (eg, + or-about 10% of the indicated value).

본 명세서에서 추후에 사용되는 바와 같이, 용어 "실질적으로"는 적어도 약 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 99.5%, 99.9%, 99.99%, 또는 적어도 약 99.999% 또는 그 초과에서와 같이 대다수 또는 대부분을 의미한다.As used later in this specification, the term "substantially" means at least about 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 99.5% , 99.9%, 99.99%, or at least about 99.999% or more.

본 명세서에서 추후에 사용되는 바와 같이, 용어 "입자"는 약 1 나노미터(nm) 내지 약 1000 마이크로미터(μm)의 크기를 갖는 조성물을 지칭할 수 있다. 용어 "미세 입자"는 약 1 μm 내지 약 1000 μm의 크기를 갖는 입자를 지칭할 수 있다. 용어 "나노 입자"는 약 1 nm 내지 약 1000 nm의 크기(예를 들어, 구형 입자의 직경)를 갖는 입자를 지칭할 수 있다.As used later in this specification, the term “particle” may refer to a composition having a size of about 1 nanometer (nm) to about 1000 micrometers (μm). The term “fine particles” may refer to particles having a size of about 1 μm to about 1000 μm. The term “nanoparticle” may refer to a particle having a size of about 1 nm to about 1000 nm (eg, the diameter of a spherical particle).

본 명세서에서 추후에 사용되는 바와 같이, 용어 "입자 크기"(또는 "나노 입자 크기" 또는 "미세 입자 크기")는 나노 입자 또는 미세 입자의 분포에서 중간 크기(예를 들어, 부피 또는 개수 기준)를 지칭할 수 있다. 중간 크기는 개별 나노 입자의 평균 선형 치수, 예를 들어 구형 나노 입자의 직경으로부터 결정될 수 있다. 크기는 동적 광 산란(DLS) 및 투과 전자 현미경(TEM) 기술을 포함하는, 관련 기술 분야의 임의의 수의 방법에 의해 결정될 수 있다. 레이저 회절 기기 또는 관련 기술 분야에 공지된 동등한 방법을 사용하여 수행한 측정에 대해, 용어 "중간 입자 크기"는 등가 구형 입자 부피(equivalent spherical particle volume) 기준으로 결정된 중간 입자 직경으로서 정의될 수 있다. 중간 값이라는 용어가 사용되는 경우, 집단의 50%가 해당 크기보다 크거나 작도록 집단을 절반으로 나누는 입자 크기를 설명하는 것으로 이해될 수 있다. 중간 입자 크기는 종종 D50, D(0.5) 또는 D[0.5] 또는 이와 유사한 것으로 기재된다.As used later in this specification, the term "particle size" (or "nanoparticle size" or "fine particle size") refers to the medium size (eg, based on volume or number) in the distribution of nanoparticles or fine particles. May be referred to. The median size can be determined from the average linear dimension of the individual nanoparticles, for example the diameter of the spherical nanoparticles. The size can be determined by any number of methods in the art, including dynamic light scattering (DLS) and transmission electron microscopy (TEM) techniques. For measurements made using a laser diffraction instrument or equivalent method known in the art, the term “medium particle size” may be defined as the median particle diameter determined on the basis of equivalent spherical particle volume. When the term median is used, it can be understood to describe the particle size that divides the population in half so that 50% of the population is larger or smaller than its size. Median particle size is often described as D50, D (0.5) or D [0.5] or the like.

본 명세서의 뒷부분에서 사용되는 바와 같이, "중합체"는 관련 기술 분야에서 사용되는 그의 통상적인 의미, 즉 공유 결합에 의해 연결된 하나 이상의 반복 단위(단량체)를 포함하는 분자 구조를 제공할 수 있다.As used later in this specification, “polymer” may provide a molecular structure that includes one or more repeating units (monomers) in its conventional meaning used in the art, that is, linked by covalent bonds.

본 명세서에서 추후에 사용되는 바와 같이, 용어 "비공유"는 성분들 사이의 결합이 비공유 결합인 2개 이상의 성분들 사이의 상호작용을 지칭할 수 있는데, 이것은 한 성분의 원자가 또 다른 성분의 원자와 한 쌍의 전자를 공유하지 않음을 의미한다. 비공유 결합은 수소 결합, 정전기 효과, π 효과, 소수성 효과 또는 판 데르 발스 힘과 같은 약한 결합을 포함할 수 있다.As used later in this specification, the term “non-covalent” may refer to an interaction between two or more components in which the bond between components is a non-covalent bond, where an atom of one component is with an atom of another component. This means not sharing a pair of electrons. Non-covalent bonds may include weak bonds such as hydrogen bonds, electrostatic effects, π effects, hydrophobic effects, or van der Waals forces.

본 명세서에서 추후에 사용되는 바와 같이, 용어 "분산액"은 연속상 내에 분산상을 포함하는 시스템을 지칭할 수 있다. 일부 실시양태에서, 분산상 및 연속상은 상이한 상태(예를 들어, 기체, 고체 또는 액체)일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 분산상은 고체인 반면, 연속상은 액체이다. 일부 실시양태에서, 분산상은 고체 미립자 물질이고, 연속상은 액체이다. 일부 실시양태에서, 분산액은 콜로이드이다(예를 들어, 분산상의 입자 크기는 1 nm 내지 1 μm의 범위이다).As used later in this specification, the term “dispersion” may refer to a system comprising a dispersed phase in a continuous phase. In some embodiments, the dispersed and continuous phases can be in different states (eg, gas, solid or liquid). For example, in some embodiments, the dispersed phase is a solid while the continuous phase is a liquid. In some embodiments, the dispersed phase is a solid particulate material and the continuous phase is a liquid. In some embodiments, the dispersion is a colloid (eg, the particle size of the dispersed phase is in the range of 1 nm to 1 μm).

본 명세서에서 추후에 사용되는 바와 같이, 용어 "양이온" 또는 "양이온성"은 양이온 종에서 양전하를 갖는 원자(또는 원자들)가 원자의 핵 내의 양성자의 수보다 더 적은 수의 전자를 함유하는 양으로 하전된 종을 지칭할 수 있다. 한 예에서, 양이온은 양으로 하전된 금속 이온, 예컨대 Fe2, Fe3 + 또는 Al3 +이다. 일부 예에서, 양이온성 물질은 양으로 하전된 질소 또는 인 원자를 함유하는 유기 분자이다. 일부 예에서, 양이온성 분자는 양으로 하전된 질소 또는 인 원자를 갖는 단량체를 함유하는 중합체이다.As used later in this specification, the term "cationic" or "cationic" refers to an amount in which a positively charged atom (or atoms) in a cationic species contains fewer electrons than the number of protons in the nucleus of the atom May refer to a charged species. In one example, the cation is a positively charged metal ion, such as Fe 2 , Fe 3 + or Al 3 + . In some instances, the cationic material is an organic molecule containing a positively charged nitrogen or phosphorus atom. In some instances, the cationic molecule is a polymer containing monomers having a positively charged nitrogen or phosphorus atom.

본 개시내용의 코팅된 실리카 입자Coated Silica Particles of the Present Disclosure

본 출원은 특히, 코팅된 실리카 입자를 함유하는 미립자 실리카 물질을 제공한다. 일부 실시양태에서, 본 개시내용은 양이온 종으로 코팅된 실리카 입자를 제공한다.The present application particularly provides particulate silica materials containing coated silica particles. In some embodiments, the present disclosure provides silica particles coated with cationic species.

도 1을 참조하면, 코팅된 실리카 입자는 이산화규소(SiO2)를 포함하는 코어 및 외표면, 및 실리카 입자의 외표면에 결합된 양이온 종(+)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the coated silica particles comprise a core and an outer surface comprising silicon dioxide (SiO 2 ), and a cationic species (+) bonded to the outer surface of the silica particles.

도 2a 및 2b를 참조하면, 양이온 종에 비공유 결합된 실란올 기(-Si-OH) 및 실릴옥시 음이온(-SI-O-)을 포함하는, 도 1의 입자의 외표면이 도시되어 있다.2A and 2B, the outer surface of the particle of FIG. 1 is shown, including silanol groups (-Si-OH) and silyloxy anions (-SI-O-) that are non-covalently bound to cationic species.

일부 실시양태에서, 양이온 종은 입자의 외표면에 비공유적으로 결합된다. 계속 도 2a 및 2b를 참조하면, 양이온 종과 실란올 쌍극자/실릴옥시 음이온 사이의 점선 결합은 양이온 종과 외표면과의 비공유 결합을 나타낸다. 일부 실시양태에서, 양이온 종과 실리카 입자의 외표면 사이의 비공유 결합은 수소 결합, 정전기적 상호작용, 판 데르 발스 힘 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 양이온 종과 실리카 입자의 외표면 사이의 비공유 결합은 양으로 하전된 양이온 종과 실리카 입자의 음으로 하전된 외표면 사이의 정전기적 인력과 같은 정전기적 상호작용을 포함한다. 예를 들어, 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 실리카 입자의 외표면은 입자 표면 상에 실릴옥시 음이온 및 Si-OH 쌍극자의 존재로 인해 음으로 하전된다. 이들 실릴옥시 음이온 및 Si-OH 기는 양으로 하전된 양이온 종, 예컨대 철 또는 알루미늄의 양이온 또는 4차 암모늄 함유 중합체(예를 들어, 폴리쿼터늄)를 끌어당긴다. 음으로 하전된 실리카 입자를 포함하는 미립자 실리카 물질의 예는 켐바인더(Cembinder)® 50(악조 노벨(Akzo Nobel))이다. 일부 실시양태에서, 미립자 실리카 물질은 양이온성(양으로 하전된) 실리카 입자를 함유한다. 양이온성 실리카의 예는 레바실(Levasil)® 30-516P(악조 노벨)이다.In some embodiments, the cationic species is noncovalently bound to the outer surface of the particle. With continued reference to FIGS. 2A and 2B, the dotted bonds between cationic species and silanol dipoles / silyloxy anions indicate non-covalent bonds between the cationic species and the outer surface. In some embodiments, the noncovalent bonds between the cationic species and the outer surface of the silica particles include hydrogen bonds, electrostatic interactions, van der Waals forces, or any combination thereof. In some embodiments, the non-covalent bonds between the cationic species and the outer surface of the silica particles include electrostatic interactions such as electrostatic attraction between the positively charged cationic species and the negatively charged outer surface of the silica particles. For example, as shown in FIGS. 2A and 2B, the outer surface of the silica particles is negatively charged due to the presence of silyloxy anions and Si—OH dipoles on the particle surface. These silyloxy anions and Si-OH groups attract positively charged cationic species such as cations of iron or aluminum or quaternary ammonium containing polymers (eg polyquaternium). An example of a particulate silica material comprising negatively charged silica particles is Cembinder® 50 (Akzo Nobel). In some embodiments, the particulate silica material contains cationic (positively charged) silica particles. An example of cationic silica is Levasil® 30-516P (Akzo Nobel).

일부 실시양태에서, 코팅된 실리카 입자는 양으로 하전된다. 이것은 입자의 표면에 결합된 양이온 종의 순 양전하가 입자의 외표면의 순 음전하를 초과하기 때문에 가능하다. 예를 들어, 양이온 종은 몇몇의 양으로 하전된 원자를 포함할 수 있고, 이들 원자 중 전부가 아닌 일부 원자(예를 들어, 3개 중 1개 또는 2개)는 입자의 외표면 상의 실릴옥시 음이온 및 Si-OH 쌍극자에 비공유적으로 결합되는 반면, 양이온 종의 양으로 하전된 나머지 원자는 표면에 직접 결합되지 않고, 따라서 입자의 전체 순 양전하에 기여한다. 하나 초과의 양으로 하전된 중심을 갖는 양이온 종의 한 예는 폴리(디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드)(PDADMAC, 또는 폴리쿼터늄-6)(CAS 등록 번호 26062-79-3)이다. 이러한 양이온 종의 또 다른 예는 분자 내에 4개의 4차 암모늄 중심을 갖는 하기 화학식의 1,2-에탄디아미늄, N,N'-비스[2-[비스(2-히드록시에틸)메틸암모늄]에틸]-N,N'-비스(2-히드록시에틸)-N,N'-디메틸-, 테트라클로라이드이다:In some embodiments, the coated silica particles are positively charged. This is possible because the net positive charge of the cationic species bound to the surface of the particle exceeds the net negative charge of the outer surface of the particle. For example, the cationic species may include some positively charged atoms, and some but not all of these atoms (eg, one or two of three) may be silyloxy on the outer surface of the particle. While non-covalently bound to the anion and the Si-OH dipole, the remaining atoms charged in the amount of cationic species do not bond directly to the surface, thus contributing to the overall net positive charge of the particles. One example of a cationic species having more than one positively charged center is poly (diallyl dimethyl ammonium chloride) (PDADMAC, or polyquaternium-6) (CAS Registry No. 26062-79-3). Another example of such cationic species is 1,2-ethanedianium, N, N'-bis [2- [bis (2-hydroxyethyl) methylammonium] of the formula having four quaternary ammonium centers in the molecule Ethyl] -N, N'-bis (2-hydroxyethyl) -N, N'-dimethyl-, tetrachloride:

Figure pct00001
Figure pct00001

일부 실시양태에서, 양이온 종 내의 모든 양으로 하전된 중심은 실리카 입자의 표면에 비공유적으로 결합된다. 다른 실시양태에서, 양이온 종은 하나 초과의 양으로 하전된 중심을 포함하고, 양이온 종 내의 양으로 하전된 중심 중 전부가 아닌 일부(예를 들어, 3개 중 1개 또는 2개)는 실리카 입자의 표면에 비공유적으로 결합된다. 일부 실시양태에서, 양이온 종 내의 양으로 하전된 중심 중 전부가 아닌 일부는 실리카 입자를 코팅하는 양이온 종의 총량의 적어도 약 10%, 약 15%, 약 20%, 약 35%, 약 50%, 약 70%, 약 90% 또는 약 99%의 양으로 실리카 입자의 표면에 비공유적으로 결합하고, 실리카 입자를 코팅하는 양이온 종의 잔여량의 양이온 종 내의 모든 양으로 하전된 중심은 실리카 입자의 외표면에 비공유적으로 결합된다. 상기 언급된 임의의 실시양태에서, 음으로 하전된 물질 및 양으로 하전된 물질을 함유하는 생성된 입자는 전체 순 양전하를 가질 수 있다.In some embodiments, all positively charged centers in the cationic species are non-covalently bound to the surface of the silica particles. In other embodiments, the cationic species comprises more than one positively charged center, and some but not all (eg, one or two of three) silica particles are positively charged centers within the cationic species. Non-covalently bound to the surface of the. In some embodiments, some but not all of the positively charged centers in the cationic species comprise at least about 10%, about 15%, about 20%, about 35%, about 50%, of the total amount of cationic species coating the silica particles, The non-covalently bound surface of the silica particles in an amount of about 70%, about 90% or about 99%, and the center of charge in all amounts within the remaining amount of the cationic species coating the silica particles is the outer surface of the silica particles. Non-covalently bound to In any of the embodiments mentioned above, the resulting particles containing the negatively charged material and the positively charged material may have a total net positive charge.

일부 실시양태에서, 코팅된 실리카 입자의 중량에 대한 양이온 종의 양은 약 0.5 중량%(wt.%) 내지 약 50 중량%, 약 1 중량% 내지 약 40 중량%, 약 1 중량% 내지 약 30 중량%, 약 1 중량% 내지 약 20 중량%, 약 1 중량% 내지 약 10 중량%, 약 1 중량% 내지 약 5 중량%, 약 5 중량% 내지 약 50 중량%, 약 5 중량% 내지 약 40 중량%, 약 5 중량% 내지 약 30 중량%, 약 5 중량% 내지 약 20 중량%, 또는 약 5 중량% 내지 약 10 중량%의 범위이다. 일부 실시양태에서, 실리카 입자의 외표면의 면적의 100%가 양이온 종으로 코팅된다. 다른 실시양태에서, 실리카 입자의 외표면의 면적의 약 50%, 약 60%, 약 70%, 약 80%, 약 90% 또는 약 99%가 양이온 종으로 코팅된다. 일부 실시양태에서, 실리카 입자의 외표면은 양이온 종으로 균일하게 코팅된다(예를 들어, 입자를 코팅하는 양이온 종의 양은 입자의 외표면에 동일하게 분포된다). 일부 실시양태에서, 입자는 2종 이상의 양이온 종으로 코팅되며, 예를 들어 코팅된 실리카 입자는 입자의 표면에 비공유적으로 결합된 금속 이온(예를 들어, Al3 +) 및 PDADMAC를 포함한다.In some embodiments, the amount of cationic species relative to the weight of the coated silica particles is from about 0.5 wt% (wt.%) To about 50 wt%, about 1 wt% to about 40 wt%, about 1 wt% to about 30 wt% %, About 1% to about 20%, about 1% to about 10%, about 1% to about 5%, about 5% to about 50%, about 5% to about 40% %, About 5% to about 30%, about 5% to about 20%, or about 5% to about 10% by weight. In some embodiments, 100% of the area of the outer surface of the silica particles is coated with cationic species. In other embodiments, about 50%, about 60%, about 70%, about 80%, about 90% or about 99% of the area of the outer surface of the silica particles is coated with the cationic species. In some embodiments, the outer surface of the silica particles is uniformly coated with cationic species (eg, the amount of cationic species that coats the particles is equally distributed over the outer surface of the particles). In some embodiments, the particles are coated with two or more types of cationic species, for example, the coated silica particles containing the metal ion (for example, Al 3 +) and PDADMAC binding non-covalently to the surface of the particles.

입자의 코어는 이산화규소 이외의 추가의 물질을 포함할 수 있다. 입자의 코어 및 입자의 외표면은 금속 염, 금속 산화물, 금속 수산화물, 규소, 탄소, 탄화규소, 할로겐화규소 또는 유사한 물질을 함유할 수 있다. 일부 실시양태에서, 입자는 약 85 중량% 내지 약 99 중량%의 이산화규소를 함유한다. 일부 실시양태에서, 입자는 또한 CaO, MgO, Na2O, K2O, Al2O3, Fe2O3, SiC, Si, C, SiF4 또는 SiCl4 및 이들의 임의의 조합을 함유할 수 있다. 일부 실시양태에서, 코팅된 입자에서 이들 물질의 조합된 양은 약 1 중량% 내지 약 15 중량%의 범위이다. 일부 실시양태에서, 코팅된 실리카 입자에서 이산화규소 이외의 다른 물질의 조합된 양은 약 1 중량% 내지 약 5 중량%의 범위이다.The core of the particles may comprise additional materials other than silicon dioxide. The core of the particles and the outer surface of the particles may contain metal salts, metal oxides, metal hydroxides, silicon, carbon, silicon carbide, silicon halides or similar materials. In some embodiments, the particles contain about 85 wt% to about 99 wt% silicon dioxide. In some embodiments, the particles may also contain CaO, MgO, Na 2 O, K 2 O, Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , SiC, Si, C, SiF 4 or SiCl 4 and any combination thereof. Can be. In some embodiments, the combined amount of these materials in the coated particles ranges from about 1 wt% to about 15 wt%. In some embodiments, the combined amount of materials other than silicon dioxide in the coated silica particles ranges from about 1 wt% to about 5 wt%.

일부 실시양태에서, 본 개시내용의 코팅된 실리카 입자는 미세 입자이다. 이러한 실시양태에서, 미세 입자의 크기(예를 들어, 직경)는 약 1 마이크로미터(μm) 내지 약 1000 μm, 약 1 μm 내지 약 800 μm, 약 1 μm 내지 약 500 μm, 약 1 μm 내지 약 250 μm, 약 1 μm 내지 약 100 μm, 또는 약 10 μm 내지 약 50 μm이다. 일부 실시양태에서, 코팅된 실리카 입자는 나노 입자이다. 이러한 실시양태에서, 나노 입자의 크기(예를 들어, 직경)는 약 1 nm 내지 약 1000 nm, 약 1 nm 내지 약 900 nm, 약 1 nm 내지 약 800 nm, 약 1 nm 내지 약 700 nm, 약 1 nm 내지 약 600 nm, 약 1 nm 내지 약 500 nm, 약 1 nm 내지 약 400 nm, 약 1 nm 내지 약 300 nm, 약 1 nm 내지 약 200 nm, 약 1 nm 내지 약 150 nm, 약 1 nm 내지 약 100 nm, 약 1 nm 내지 약 50 nm, 약 5 nm 내지 약 100 nm, 약 5 nm 내지 약 50 nm, 약 5 nm 내지 약 25 nm, 약 5 nm 내지 약 20 nm, 또는 약 5 nm 내지 약 17 nm이다. 일부 실시양태에서, 코팅된 실리카 입자는 조성물을 형성하고, 조성물 내의 입자의 중간 크기는 약 1 nm, 약 5 nm, 약 10 nm, 약 20 nm, 약 25 nm, 약 50 nm, 약 100 nm, 또는 약 150 nm이다. 입자의 중간 크기는 부피 평균 기준에 기초할 수 있으며, 이것은 누적 입자 분포에서 50%에서의 입자의 크기이다. 상기 언급된 임의의 실시양태에서, 입자의 크기는 입자의 실제 직경 또는 등가 구형 입자의 직경일 수 있다.In some embodiments, the coated silica particles of the present disclosure are fine particles. In such embodiments, the size (eg, diameter) of the fine particles ranges from about 1 micrometer (μm) to about 1000 μm, about 1 μm to about 800 μm, about 1 μm to about 500 μm, about 1 μm to about 250 μm, about 1 μm to about 100 μm, or about 10 μm to about 50 μm. In some embodiments, the coated silica particles are nanoparticles. In such embodiments, the size (eg, diameter) of the nanoparticles is about 1 nm to about 1000 nm, about 1 nm to about 900 nm, about 1 nm to about 800 nm, about 1 nm to about 700 nm, about 1 nm to about 600 nm, about 1 nm to about 500 nm, about 1 nm to about 400 nm, about 1 nm to about 300 nm, about 1 nm to about 200 nm, about 1 nm to about 150 nm, about 1 nm To about 100 nm, about 1 nm to about 50 nm, about 5 nm to about 100 nm, about 5 nm to about 50 nm, about 5 nm to about 25 nm, about 5 nm to about 20 nm, or about 5 nm to About 17 nm. In some embodiments, the coated silica particles form a composition, and the median size of the particles in the composition is about 1 nm, about 5 nm, about 10 nm, about 20 nm, about 25 nm, about 50 nm, about 100 nm, Or about 150 nm. The median size of the particles may be based on volume average criteria, which is the size of the particles at 50% in the cumulative particle distribution. In any of the embodiments mentioned above, the size of the particles can be the actual diameter of the particles or the diameter of the equivalent spherical particles.

일부 실시양태에서, 코팅된 실리카 입자의 형태는 구형, 원통형, 반구형, 막대형 또는 원뿔형이다. 일부 실시양태에서, 입자는 구형 또는 실질적으로 구형이다.In some embodiments, the coated silica particles are spherical, cylindrical, hemispherical, rod or cone. In some embodiments, the particles are spherical or substantially spherical.

일부 실시양태에서, 집단 내에, 예를 들어 조성물에 존재하는 코팅된 실리카 입자는 단분산될 수 있는데, 이것은 집단의 입자가 실질적으로 동일한 형태 또는 크기를 갖는다는 것을 의미한다. 예를 들어, 입자는 입자의 약 5% 이하 또는 약 10% 이하가 입자의 평균 직경보다 약 10%를 초과하는 수준으로 더 큰 직경을 갖고, 일부 경우에는 약 8%, 약 5%, 약 3%, 약 1%, 약 0.3%, 약 0.1%, 약 0.03%, 또는 약 0.01% 이하가 입자의 평균 직경보다 약 10%를 초과하는 수준으로 더 큰 직경을 갖도록 하는 분포를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 입자의 25% 이하의 직경은 평균 입자 직경으로부터 평균 입자 직경의 150%, 100%, 75%, 50%, 25%, 20%, 10% 또는 5%를 초과하는 값만큼 변한다. 대부분의 입자가 유사한 특성을 갖도록 크기, 형태 및 조성 중 하나 이상의 측면에서 비교적 균일한 입자 집단을 생성하는 것이 종종 바람직하다. 예를 들어, 코팅된 실리카 입자의 적어도 80%, 적어도 90% 또는 적어도 95%가 집단의 평균 직경 또는 최대 치수의 5%, 10% 또는 20% 내에 해당하는 직경 또는 최대 치수를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 코팅된 실리카 입자의 집단은 크기, 형상, 질량 및 조성에 대해 균일하다.In some embodiments, coated silica particles present in a population, for example in a composition, may be monodisperse, meaning that the particles in the population have substantially the same shape or size. For example, a particle has a larger diameter such that about 5% or less or about 10% or less of the particle is greater than about 10% above the average diameter of the particle, and in some cases about 8%, about 5%, about 3 The percent, about 1%, about 0.3%, about 0.1%, about 0.03%, or about 0.01% or less may have a distribution that has a larger diameter to a level greater than about 10% above the average diameter of the particles. In some embodiments, up to 25% of the diameter of the particles varies from the mean particle diameter by more than 150%, 100%, 75%, 50%, 25%, 20%, 10%, or 5% of the mean particle diameter. . It is often desirable to create a relatively uniform population of particles in one or more aspects of size, shape, and composition so that most particles have similar properties. For example, at least 80%, at least 90% or at least 95% of the coated silica particles can have a diameter or maximum dimension that falls within 5%, 10% or 20% of the average diameter or maximum dimension of the population. In some embodiments, the population of coated silica particles is uniform with respect to size, shape, mass and composition.

일부 실시양태에서, 본 출원은 본 명세서에서 추후 설명되는 방법 중 어느 하나에 의해 제조된 코팅된 실리카 입자를 제공한다.In some embodiments, the present application provides coated silica particles made by any of the methods described later herein.

일부 실시양태에서, 실리카 입자는 양이온 종으로 코팅하기 전에 전처리되지 않는다. 예를 들어, 실리카 입자가 양이온 종으로 코팅되기 전에 실리카 입자는 안정화제로 처리되지 않는다. 일부 실시양태에서, 실리카 입자가 양이온 종으로 코팅되기 전에 실리카 입자는 중성 친수성 중합체로 처리되지 않는다. 일부 실시양태에서, 실리카 입자가 양이온 종으로 코팅되기 전에 실리카 입자는 시트르산나트륨, 갈산, 나트륨 도데실 술페이트, 세틸 트리메틸 암모늄 브로마이드(CTAB), 젤라틴, D-소르비톨, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리(메틸비닐에테르)(PMVE) 또는 이들의 조합으로 처리되지 않는다. 일부 실시양태에서, 실리카 입자는 폴리비닐피롤리돈(PVP)으로 코팅되지 않는다.In some embodiments, the silica particles are not pretreated before coating with cationic species. For example, the silica particles are not treated with stabilizers before the silica particles are coated with cationic species. In some embodiments, the silica particles are not treated with a neutral hydrophilic polymer before the silica particles are coated with cationic species. In some embodiments, the silica particles are coated with sodium citrate, gallic acid, sodium dodecyl sulfate, cetyl trimethyl ammonium bromide (CTAB), gelatin, D-sorbitol, polyvinylpyrrolidone (PVP) before the silica particles are coated with cationic species. , Polyvinyl alcohol (PVA), poly (methylvinylether) (PMVE), or a combination thereof. In some embodiments, the silica particles are not coated with polyvinylpyrrolidone (PVP).

일부 실시양태에서, 실리카 입자는 다공성(예를 들어, 메조다공성(mesoporous))이 아니다. 일부 실시양태에서, 실리카 입자는 다공성(예를 들어, 직경이 약 1 nm 내지 약 50 nm인 기공을 갖는 메조다공성)이다.In some embodiments, the silica particles are not porous (eg mesoporous). In some embodiments, the silica particles are porous (eg, mesoporous with pores having a diameter of about 1 nm to about 50 nm).

양이온 종Cationic species

일부 실시양태에서, 양이온 종은 양이온성 중합체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 양이온성 중합체는 적어도 하나의 양으로 하전된 중심(예를 들어, 원자 또는 원자의 군), 예를 들어 암모늄 양이온, 포스포늄 양이온 또는 구아니디늄 양이온을 포함한다. 일부 실시양태에서, 양이온성 중합체는 약 10 내지 약 2,000개의 양으로 하전된 양이온성 중심을 포함한다. 일부 실시양태에서, 양이온성 중합체는 약 100 내지 약 1,000, 약 100 내지 약 800, 또는 약 100 내지 약 400개의 양이온 중심을 포함한다. 일부 실시양태에서, 양이온성 중합체는 약 500 Da 내지 약 2,000,000 Da, 약 1,000 Da 내지 약 1,500,000 Da, 약 1,000 Da 내지 약 1,000,000 Da, 약 1,000 Da 내지 약 800,000 Da, 약 1,000 Da 내지 약 500,000 Da, 약 1,500 Da 내지 약 500,000 Da, 약 50,000 Da 내지 약 400,000 Da, 약 50,000 Da 내지 약 350,000 Da, 약 1,500 Da 내지 약 100,000 Da, 약 100,000 Da 내지 약 350,000 Da, 또는 약 200,000 Da 내지 약 350,000 Da의 부피 평균 또는 수 평균 분자량을 갖는다. 일부 실시양태에서, 양이온성 중합체는 수용성이고, 예를 들어 양이온성 중합체의 수 용해도는 약 5 중량% 내지 약 80 중량%, 약 10 중량% 내지 약 70 중량%, 약 10 중량% 내지 약 60 중량%, 약 10 중량% 내지 약 50 중량%, 또는 약 20 중량% 내지 약 40 중량%의 범위이다. 일부 실시양태에서, 양이온성 중합체의 수 용해도는 적어도 약 10 중량%이다.In some embodiments, the cationic species comprises a cationic polymer. In some embodiments, the cationic polymer comprises at least one positively charged center (eg, atom or group of atoms), such as an ammonium cation, phosphonium cation or guanidinium cation. In some embodiments, the cationic polymer includes cationic centers charged in an amount of about 10 to about 2,000. In some embodiments, the cationic polymer comprises about 100 to about 1,000, about 100 to about 800, or about 100 to about 400 cationic centers. In some embodiments, the cationic polymer has about 500 Da to about 2,000,000 Da, about 1,000 Da to about 1,500,000 Da, about 1,000 Da to about 1,000,000 Da, about 1,000 Da to about 800,000 Da, about 1,000 Da to about 500,000 Da, about Volume averages of 1,500 Da to about 500,000 Da, about 50,000 Da to about 400,000 Da, about 50,000 Da to about 350,000 Da, about 1,500 Da to about 100,000 Da, about 100,000 Da to about 350,000 Da, or about 200,000 Da to about 350,000 Da Or a number average molecular weight. In some embodiments, the cationic polymer is water soluble, for example, the water solubility of the cationic polymer is from about 5 wt% to about 80 wt%, about 10 wt% to about 70 wt%, about 10 wt% to about 60 wt% %, About 10% to about 50%, or about 20% to about 40% by weight. In some embodiments, the water solubility of the cationic polymer is at least about 10% by weight.

일부 실시양태에서, 양이온 종은 4차 암모늄 양이온성 중합체이다. 일부 실시양태에서, 4차 암모늄 양이온성 중합체는 PDADMAC이다. 일부 실시양태에서, PDADMAC는 다음과 같은 구조적 반복 단위를 갖는다:In some embodiments, the cationic species is a quaternary ammonium cationic polymer. In some embodiments, the quaternary ammonium cationic polymer is PDADMAC. In some embodiments, PDADMAC has the following structural repeat units:

Figure pct00002
Figure pct00002

일부 실시양태에서, PDADMAC는 다음 구조식을 갖는다:In some embodiments, the PDADMAC has the following structure:

Figure pct00003
Figure pct00003

여기서, n은 10 내지 5,000의 정수이다. 단량체 디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드(DADMAC)는 2당량의 알릴 클로라이드와 디메틸아민을 반응시켜 형성된다. 그 후, PDADMAC는 중합 반응의 촉매/활성화제(예를 들어, t-BuOOH와 같은 유기 퍼옥사이드)를 사용한 DADMAC의 라디칼 중합에 의해 합성된다. 중합 반응은 예를 들어 하기 반응식 1에 제시된 바와 같이 고온(예를 들어, 섭씨 50 내지 75도(℃))에서 수행될 수 있다.Where n is an integer from 10 to 5,000. Monomer diallyl dimethyl ammonium chloride (DADMAC) is formed by reacting two equivalents of allyl chloride with dimethylamine. PDADMAC is then synthesized by radical polymerization of DADMAC using a catalyst / activator of the polymerization reaction (eg, an organic peroxide such as t -BuOOH). The polymerization reaction can be carried out at a high temperature (eg, 50 to 75 degrees Celsius), for example, as shown in Scheme 1 below.

반응식 1Scheme 1

Figure pct00004
Figure pct00004

반응식 1을 참조하면, DADMAC를 중합할 때 2개의 중합체 구조 반복 단위, 즉 N-치환 피페리딘 구조 또는 N-치환 피롤리딘 구조가 가능하고, 피롤리딘 구조가 중합 반응에 유리하다. 일부 실시양태에서, PDADMAC는 피페리딘 함유 반복 단위를 포함하지 않는다. 다른 실시양태에서, PDADMAC는 피롤리딘 함유 및 피페리딘 함유 반복 단위 둘 모두를 포함한다.Referring to Scheme 1, two polymer structural repeat units, i.e., N-substituted piperidine structures or N-substituted pyrrolidine structures, are possible when polymerizing DADMAC, and pyrrolidine structures are advantageous for the polymerization reaction. In some embodiments, PDADMAC does not include piperidine containing repeat units. In other embodiments, PDADMACs include both pyrrolidine-containing and piperidine-containing repeat units.

일부 실시양태에서, 양이온성 중합체는 DADMAC과 아크릴산, 아크릴아미드, 아크릴로니트릴, 메타크릴산, 메타크릴아미드, 셀룰로오스 또는 셀룰로오스 유도체(예를 들어, 히드록시에틸 셀룰로오스) 또는 이들의 임의의 조합의 공중합체이다(예를 들어, 양이온성 중합체는 co-DADMAC이다). 일부 실시양태에서, 양이온성 중합체는 폴리쿼터늄 중합체이다. 일부 실시양태에서, 양이온성 중합체는 다음으로 이루어지는 군으로부터 선택된다: 에탄올, 2,2',2"-니트릴로트리스-, 1,4-디클로로-2-부텐 및 N,N,N',N'-테트라메틸-2-부텐-1,4-디아민을 갖는 중합체(폴리쿼터늄-1), 폴리[비스(2-클로로에틸) 에테르-알트-1,3-비스[3-(디메틸아미노)프로필]우레아](폴리쿼터늄-2), 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC)-히드록시에틸 셀룰로오스 공중합체(폴리쿼터늄-4), 아크릴아미드 및 4차화된 디메틸암모늄에틸 메타크릴레이트의 공중합체(폴리쿼터늄-5), 아크릴아미드 및 디알릴디메틸암모늄 클로라이드의 공중합체(P(AAm-co-DADMAC) 또는 폴리쿼터늄-7), 디메틸술페이트로 4차화된 메타크릴산의 메틸 및 스테아릴 디메틸아미노에틸 에스테르의 공중합체(폴리쿼터늄-8), 브로모메탄으로 4차화된 메타크릴산의 N,N-(디메틸아미노)에틸 에스테르의 단독중합체(폴리쿼터늄-9), 4차화된 히드록시에틸 셀룰로오스(폴리쿼터늄-10), 비닐피롤리돈 및 4차화된 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트의 공중합체(폴리쿼터늄-11), 디메틸 술페이트로 4차화된 에틸 메타크릴레이트/아비에틸 메타크릴레이트/디에틸아미노에틸 메타크릴레이트 공중합체(폴리쿼터늄-12), 디메틸 술페이트로 4차화된 에틸 메타크릴레이트/올레일 메타크릴레이트/디에틸아미노에틸 메타크릴레이트 공중합체(폴리쿼터늄-13), 트리메틸아미노에틸메타크릴레이트 단독중합체(폴리쿼터늄-14), 아크릴아미드-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 메틸 클로라이드 공중합체(폴리쿼터늄-15), 비닐피롤리돈 및 4차화된 비닐이미다졸의 공중합체(폴리쿼터늄-16), 아디프산, 디메틸아미노프로필아민 및 디클로로에틸에테르 공중합체(폴리쿼터늄-17), 아젤란산, 디메틸아미노프로필아민 및 디클로로에틸에테르 공중합체(폴리쿼터늄-18), 폴리비닐 알콜 및 2,3-에폭시프로필아민의 공중합체(폴리쿼터늄-19), 폴리비닐 옥타데실 에테르 및 2,3-에폭시프로필아민의 공중합체(폴리쿼터늄-20), 아크릴산 및 디알릴디메틸암모늄 클로라이드의 공중합체(폴리쿼터늄-22), 라우릴 디메틸 암모늄 치환된 에폭사이드와 반응한 히드록시에틸 셀룰로오스의 4차 암모늄 염(폴리쿼터늄-24), 폴리쿼터늄-2 및 폴리쿼터늄-17의 블록 공중합체(폴리쿼터늄-27), 비닐피롤리돈 및 메타크릴아미도프로필 트리메틸암모늄의 공중합체(폴리쿼터늄-28), 프로필렌 옥사이드로 변형되고 에피클로로히드린으로 4차화된 키토산(폴리쿼터늄-29), 에탄아미늄, N-(카르복시메틸)-N,N-디메틸-2-[(2-메틸-1-옥소-2-프로펜-1-일)옥시]-, 내부 염, 메틸 2-메틸-2-프로페노에이트를 갖는 중합체(폴리쿼터늄-30), 폴리아크릴로니트릴의 블록에 결합된 디에틸술페이트로 4차화된 N,N-디메틸아미노프로필-N-아크릴아미딘(폴리쿼터늄-31), 폴리(아크릴아미드 2-메타크릴옥시에틸트리메틸 암모늄 클로라이드)(폴리쿼터늄-32), 트리메틸아미노에틸아크릴레이트 염 및 아크릴아미드의 공중합체(폴리쿼터늄-33), 1,3-디브로모프로판 및 N,N-디에틸-N',N'-디메틸-1,3-프로판디아민의 공중합체(폴리쿼터늄-34), 메타크릴로일옥시에틸트리메틸암모늄 및 메타크릴로일옥시에틸디메틸아세틸암모늄의 공중합체의 메토술페이트(폴리쿼터늄-35), 디메틸 술페이트로 4차화된 N,N-디메틸아미노에틸메타크릴레이트 및 부틸메타크릴레이트의 공중합체(폴리쿼터늄-36), 폴리(2-메타크릴옥시에틸트리메틸암모늄 클로라이드(폴리쿼터늄-37), 아크릴산, 아크릴아미드 및 디알릴디메틸암모늄 클로라이드의 삼중합체(폴리쿼터늄-39), 폴리[옥시에틸렌(디메틸이미노)에틸렌 (디메틸이미노)에틸렌 디클로라이드](폴리쿼터늄-42), 아크릴아미드, 아크릴아미도프로필트리모늄 클로라이드, 2-아미도프로필아크릴아미드 술포네이트 및 디메틸아미노프로필아민의 공중합체(폴리쿼터늄-43), 3-메틸-1-비닐이미다졸륨 메틸 술페이트-N-비닐피롤리돈 공중합체(폴리쿼터늄-44), 디메틸 술페이트로 4차화된 (N-메틸-N-에톡시글리신) 메타크릴레이트 및 N,N-디메틸아미노에틸메타크릴레이트의 공중합체(폴리쿼터늄-45), 비닐카프로락탐, 비닐피롤리돈 및 4차화된 비닐이미다졸의 삼중합체(폴리쿼터늄-46), 아크릴산, 메타크릴아미도프로필 트리메틸암모늄 클로라이드, 메틸 아크릴레이트의 삼중합체(폴리쿼터늄-47), 및 이들의 조합.In some embodiments, the cationic polymer is an air of DADMAC and acrylic acid, acrylamide, acrylonitrile, methacrylic acid, methacrylamide, cellulose or cellulose derivative (eg hydroxyethyl cellulose) or any combination thereof. (Eg, the cationic polymer is co-DADMAC). In some embodiments, the cationic polymer is a polyquaternium polymer. In some embodiments, the cationic polymer is selected from the group consisting of: ethanol, 2,2 ', 2 "-nitrilotris-, 1,4-dichloro-2-butene and N, N, N', N Polymer with '-tetramethyl-2-butene-1,4-diamine (polyquaternium-1), poly [bis (2-chloroethyl) ether-alt-1,3-bis [3- (dimethylamino) Propyl] urea] (polyquaternium-2), diallyldimethylammonium chloride (DADMAC) -hydroxyethyl cellulose copolymer (polyquaternium-4), a copolymer of acrylamide and quaternized dimethylammoniumethyl methacrylate (Polyquaternium-5), copolymers of acrylamide and diallyldimethylammonium chloride (P (AAm-co-DADMAC) or polyquaternium-7), methyl and stearic acid of methacrylic acid quaternized with dimethylsulfate Copolymer of aryl dimethylaminoethyl ester (polyquaternium-8), N, N- (dimethylamino) ethyl of methacrylic acid quaternized with bromethane A homopolymer of steter (polyquaternium-9), a copolymer of quaternized hydroxyethyl cellulose (polyquaternium-10), vinylpyrrolidone and quaternized dimethylaminoethyl methacrylate (polyquaternium- 11), ethyl methacrylate / abiethyl methacrylate / diethylaminoethyl methacrylate copolymer (polyquaternium-12) quaternized with dimethyl sulfate, ethyl methacrylate quaternized with dimethyl sulfate / Oleyl methacrylate / diethylaminoethyl methacrylate copolymer (polyquaternium-13), trimethylaminoethyl methacrylate homopolymer (polyquaternium-14), acrylamide-dimethylaminoethyl methacrylate methyl chloride Copolymer (polyquaternium-15), copolymer of vinylpyrrolidone and quaternized vinylimidazole (polyquaternium-16), adipic acid, dimethylaminopropylamine and dichloroethylether copolymer (polyquater Nium-17), azelanic acid, dimethylaminopropylamine and dichloroethylether copolymer (polyquaternium-18), a copolymer of polyvinyl alcohol and 2,3-epoxypropylamine (polyquaternium-19), polyvinyl Reaction with copolymer of octadecyl ether and 2,3-epoxypropylamine (polyquaternium-20), copolymer of acrylic acid and diallyldimethylammonium chloride (polyquaternium-22), lauryl dimethyl ammonium substituted epoxide Quaternary ammonium salts of one hydroxyethyl cellulose (polyquaternium-24), block copolymers of polyquaternium-2 and polyquaternium-17 (polyquaternium-27), vinylpyrrolidone and methacrylamido Copolymer of propyl trimethylammonium (polyquaternium-28), chitosan (polyquaternium-29), modified with propylene oxide and quaternized with epichlorohydrin, ethaneaminium, N- (carboxymethyl) -N, N -Dimethyl-2-[(2-methyl-1-oxo-2-propen-1-yl) oxy]-, internal salt, methyl Polymer with 2-methyl-2-propenoate (polyquaternium-30), N, N-dimethylaminopropyl-N-acrylamidine, quaternized with diethylsulfate bonded to a block of polyacrylonitrile (Polyquaternium-31), poly (acrylamide 2-methacryloxyethyltrimethyl ammonium chloride) (polyquaternium-32), a copolymer of trimethylaminoethylacrylate salt and acrylamide (polyquaternium-33), Copolymers of 1,3-dibromopropane and N, N-diethyl-N ', N'-dimethyl-1,3-propanediamine (polyquaternium-34), methacryloyloxyethyltrimethylammonium and Metosulfate (polyquaternium-35) of a copolymer of methacryloyloxyethyldimethylacetylammonium, a copolymer of N, N-dimethylaminoethyl methacrylate and butyl methacrylate quaternized with dimethyl sulfate ( Polyquaternium-36), poly (2-methacryloxyethyltrimethylammonium chloride (polyquaternium-37), Tripolymers of krylic acid, acrylamide and diallyldimethylammonium chloride (polyquaternium-39), poly [oxyethylene (dimethylimino) ethylene (dimethylimino) ethylene dichloride] (polyquaternium-42), acryl Copolymer of amide, acrylamidopropyltrimonium chloride, 2-amidopropylacrylamide sulfonate and dimethylaminopropylamine (polyquaternium-43), 3-methyl-1-vinylimidazolium methyl sulfate-N Vinylpyrrolidone copolymer (polyquaternium-44), copolymer of (N-methyl-N-ethoxyglycine) methacrylate quaternized with dimethyl sulfate and N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (Polyquaternium-45), terpolymers of vinylcaprolactam, vinylpyrrolidone and quaternized vinylimidazole (polyquaternium-46), acrylic acid, methacrylamidopropyl trimethylammonium chloride, methyl acrylate Terpolymer (polyquaternium-47), and Combinations of these.

일부 실시양태에서, 양이온성 중합체는 폴리(2-히드록시프로필-1-N-디메틸암모늄 클로라이드)(CAS 등록 번호 25988-97-0)이다. 이들 실시양태의 일부 측면에서, 양이온성 중합체는 다음과 같은 구조적 반복 단위를 갖는다:In some embodiments, the cationic polymer is poly (2-hydroxypropyl-1-N-dimethylammonium chloride) (CAS Registry No. 25988-97-0). In some aspects of these embodiments, the cationic polymer has the following structural repeat units:

Figure pct00005
Figure pct00005

일부 실시양태에서, 양이온성 중합체는 폴리(2-디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트)메틸 클로라이드 4차 염(MADQUAT, CAS 등록 번호 26161-33-1)이다. 이들 실시양태의 일부 측면에서, 양이온성 중합체는 다음과 같은 구조적 반복 단위를 갖는다:In some embodiments, the cationic polymer is poly (2-dimethylamino) ethyl methacrylate) methyl chloride quaternary salt (MADQUAT, CAS Registry No. 26161-33-1). In some aspects of these embodiments, the cationic polymer has the following structural repeat units:

Figure pct00006
Figure pct00006

일부 실시양태에서, 양이온성 중합체는 선택적으로 4차화된 폴리(N-디메틸아미노프로필)-메타크릴아미드(예를 들어, 메틸 클로라이드 4차 염)이다. 이들 실시양태의 일부 측면에서, 양이온성 중합체는 다음과 같은 구조적 반복 단위를 갖는다:In some embodiments, the cationic polymer is optionally quaternized poly (N-dimethylaminopropyl) -methacrylamide (eg, methyl chloride quaternary salt). In some aspects of these embodiments, the cationic polymer has the following structural repeat units:

Figure pct00007
Figure pct00007

일부 실시양태에서, 양이온성 중합체는 폴리(2-히드록시프로필-1-1-N-디메틸암모늄클로라이드), 폴리[N-(디메틸아미노메틸)]-아크릴아미드, 또는 폴리(2-비닐이미다졸리늄 비술페이트)이다.In some embodiments, the cationic polymer is poly (2-hydroxypropyl-1-1-N-dimethylammoniumchloride), poly [N- (dimethylaminomethyl)]-acrylamide, or poly (2-vinylimimide). Zolinium bisulfate).

일부 실시양태에서, 양이온 종은 전형적으로 약 2,000 Da 이하의 분자량을 갖는 양으로 하전된 화합물을 포함한다. 이들 실시양태의 일부 측면에서, 양으로 하전된 양이온성 화합물의 부피 평균 또는 수 평균 분자량은 약 50 Da 내지 약 2,000 Da, 약 100 Da 내지 약 1,800 Da, 약 150 Da 내지 약 1,600 Da, 약 100 Da 내지 약 1,400 Da, 약 150 Da 내지 약 1,200 Da, 약 100 Da 내지 약 1,000 Da, 약 150 Da 내지 약 800 Da, 약 150 Da 내지 약 600 Da, 약 150 Da 내지 약 500 Da, 또는 약 150 Da 내지 약 400 Da의 범위이다. 일부 실시양태에서, 양이온성 화합물은 적어도 하나의 양으로 하전된 중심(예를 들어, 양으로 하전된 원자 또는 원자의 군), 예를 들어 암모늄 양이온, 포스포늄 양이온 또는 구아니디늄 양이온을 포함한다. 일부 실시양태에서, 양이온성 화합물은 1 내지 20개의 양으로 하전된 양이온성 중심을 포함한다. 예를 들어, 양이온성 화합물은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10개의 양으로 하전된 원자 또는 원자의 군을 포함한다.In some embodiments, cationic species typically comprise a positively charged compound having a molecular weight of about 2,000 Da or less. In some aspects of these embodiments, the volume average or number average molecular weight of the positively charged cationic compound is about 50 Da to about 2,000 Da, about 100 Da to about 1,800 Da, about 150 Da to about 1,600 Da, about 100 Da To about 1,400 Da, about 150 Da to about 1,200 Da, about 100 Da to about 1,000 Da, about 150 Da to about 800 Da, about 150 Da to about 600 Da, about 150 Da to about 500 Da, or about 150 Da to In the range of about 400 Da. In some embodiments, the cationic compound comprises at least one positively charged center (eg, a positively charged atom or group of atoms), such as an ammonium cation, phosphonium cation or guanidinium cation . In some embodiments, the cationic compound includes cationic centers charged in amounts of 1-20. For example, cationic compounds include atoms or groups of atoms charged in amounts of 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10.

일부 실시양태에서, 양으로 하전된 화합물은 4차 암모늄 화합물을 포함한다. 일부 실시양태에서, 4차 암모늄 화합물은 쿼터늄(예를 들어, 단일 4차 암모늄 중심을 포함하는 화합물)이다. 예를 들어, 쿼터늄 화합물은 헥사메틸렌테트라아민 클로로알릴 클로라이드(CAS 등록 번호 4080-31-3)(쿼터늄-15) 또는 디메틸디옥타데실암모늄 클로라이드(CAS 등록 번호 61789-80-8)(쿼터늄-18)를 포함한다.In some embodiments, the positively charged compound comprises a quaternary ammonium compound. In some embodiments, the quaternary ammonium compound is quaternium (eg, a compound comprising a single quaternary ammonium center). For example, quaternium compounds can be selected from hexamethylenetetraamine chloroallyl chloride (CAS reg. No. 4080-31-3) (quaternium-15) or dimethyldioctadecylammonium chloride (CAS reg. No. 61789-80-8) (quarter Nium-18).

일부 실시양태에서, 4차 암모늄 화합물은 하나 초과의 4차 암모늄 중심(예를 들어, 화합물 내의 2, 3, 4개 또는 그 초과의 4차 암모늄 양이온)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 4차 암모늄 화합물은 다음과 같은 화학적 구조를 갖는 1,2-에탄디아미늄, N,N'-비스[2-[비스(2-히드록시에틸)메틸암모늄]에틸]-N,N'-비스(2-히드록시에틸)-N,N'-디메틸-, 테트라클로라이드(CAS 등록 번호 138879-94-4)(클레이 마스터™ 5C)를 포함한다:In some embodiments, the quaternary ammonium compound comprises more than one quaternary ammonium center (eg, 2, 3, 4 or more quaternary ammonium cations in the compound). In some embodiments, the quaternary ammonium compound has 1,2-ethanedianium, N, N'-bis [2- [bis (2-hydroxyethyl) methylammonium] ethyl] -N, having the chemical structure , N'-bis (2-hydroxyethyl) -N, N'-dimethyl-, tetrachloride (CAS Registry No. 138879-94-4) (Clay Master ™ 5C):

Figure pct00008
Figure pct00008

일부 실시양태에서, 4차 암모늄 화합물은 다음으로 이루어지는 군으로부터 선택된다:In some embodiments, the quaternary ammonium compound is selected from the group consisting of:

Figure pct00009
,
Figure pct00009
,

Figure pct00010
,
Figure pct00010
,

Figure pct00011
, 및
Figure pct00011
, And

Figure pct00012
.
Figure pct00012
.

일부 실시양태에서, 양이온 종은 금속 양이온이다. 일부 실시양태에서, 금속 양이온은 2 이상의 산화 상태를 포함하고, 예를 들어 금속 양이온은 M2+, M3+, M4+, M5+ 또는 M6+이다. 일부 예에서, 금속 양이온은 철(Fe), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 코발트(Co), 바나듐(V), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag) 및 납(Pb)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속을 포함한다.In some embodiments, the cationic species is a metal cation. In some embodiments, the metal cation comprises two or more oxidation states, for example the metal cation is M 2+ , M 3+ , M 4+ , M 5+ or M 6+ . In some examples, the metal cation is iron (Fe), aluminum (Al), calcium (Ca), magnesium (Mg), zinc (Zn), titanium (Ti), chromium (Cr), manganese (Mn), cobalt (Co) ), Vanadium (V), nickel (Ni), copper (Cu), silver (Ag), and lead (Pb).

일부 실시양태에서, 금속 양이온은 Fe2 +, Fe3 +, Al3 +, Ca2 +, Mg2 +, Zn2 +, Cr2 +, Cr3 +, Cr4+, Cr5 +, Cr6 +, V4+, V5+ 및 Ti4 +로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속을 포함한다. 일부 실시양태에서, 금속 양이온은 Fe3 + 또는 Al3 +이다. 일부 실시양태에서, 금속 양이온은 그의 염, 또는 용매화물 또는 수화물을 형성한다. 예를 들어, 금속염은 FeCl2, FeCl3, FeF3, FeSO4, Fe2(SO4)3, K4Fe(CN)6, Fe4(P2O7)3, FePO4, Fe(ClO4)2, Fe2(C2O4)3, Fe(NO3)3, FeBr3, AlBr3, AlCl3, AlF3, Al(PO3)3, Al(NO3)3, AlNH4(SO4)2, Al2(SO4)3, KAl(SO4)2(명반), CaBr2, CaCl2, Ca(N03)2, MgCl2 및 MgBr2, 및 이의 용매화물 또는 수화물로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 다른 실시양태에서, 금속 양이온은 금속 산화물 또는 금속 수산화물, 또는 이의 용매화물 또는 수화물을 형성한다. 예를 들어, 금속 산화물 또는 수산화물은 Fe2O3, FeO, Fe2NiO4, Fe3O4, Fe(OH)2, Fe(OH)3, FeOOH, 알루모실리케이트(SiO2)x(Al2O3)y, Al2O3, Al2O3/ZnO, ZnO, CaC, Mg(OH)2 및 Al(OH)3, 및 이의 용매화물 또는 수화물로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 일부 실시양태에서, 금속 양이온, 또는 금속 양이온을 포함하는 화합물(예를 들어, 금속염, 산화물 또는 수산화물)은 수용성이다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 화합물의 수 용해도는 수용액의 약 5 중량% 내지 약 75 중량%의 범위일 수 있다(예를 들어, 화합물의 수 용해도는 수용액의 약 10 중량%, 약 15 중량%, 약 20 중량%, 또는 약 30 중량%이다).In some embodiments, the metal cation is Fe 2 + , Fe 3 + , Al 3 + , Ca 2 + , Mg 2 + , Zn 2 + , Cr 2 + , Cr 3 + , Cr 4+ , Cr 5 + , Cr 6 Metals selected from the group consisting of + , V 4+ , V 5+ and Ti 4 + . In some embodiments, the metal cations are Fe + 3, or Al + 3. In some embodiments, the metal cation forms a salt thereof, or solvate or hydrate. For example, the metal salt may be FeCl 2 , FeCl 3 , FeF 3 , FeSO 4 , Fe 2 (SO 4 ) 3 , K 4 Fe (CN) 6 , Fe 4 (P 2 O 7 ) 3 , FePO 4 , Fe (ClO 4 ) 2 , Fe 2 (C 2 O 4 ) 3 , Fe (NO 3 ) 3 , FeBr 3 , AlBr 3 , AlCl 3 , AlF 3 , Al (PO 3 ) 3 , Al (NO 3 ) 3 , AlNH 4 ( SO 4 ) 2 , Al 2 (SO 4 ) 3 , KAl (SO 4 ) 2 (alum), CaBr 2 , CaCl 2 , Ca (N0 3 ) 2 , MgCl 2 and MgBr 2 , and solvates or hydrates thereof It may be selected from the group. In other embodiments, the metal cation forms a metal oxide or metal hydroxide, or solvate or hydrate thereof. For example, the metal oxide or hydroxide may be Fe 2 O 3 , FeO, Fe 2 NiO 4 , Fe 3 O 4 , Fe (OH) 2 , Fe (OH) 3 , FeOOH, aluminosilicate (SiO 2 ) x (Al 2 O 3 ) y , Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO, ZnO, CaC, Mg (OH) 2 and Al (OH) 3 , and solvates or hydrates thereof. In some embodiments, the metal cation, or compound comprising the metal cation (eg, metal salt, oxide or hydroxide) is water soluble. For example, in some embodiments, the water solubility of the compound can range from about 5% to about 75% by weight of the aqueous solution (eg, the water solubility of the compound is about 10% by weight, about 15% by weight of the aqueous solution). %, About 20% by weight, or about 30% by weight).

본 개시내용의 코팅된 실리카 입자를 포함하는 조성물A composition comprising the coated silica particles of the present disclosure

본 개시내용은 또한 본 명세서의 앞부분에서 설명된 바와 같은 코팅된 실리카 입자를 포함하는 조성물을 제공한다. 일부 실시양태에서, 본 개시내용은 코팅된 실리카 입자를 포함하는 미립자 물질을 포함하는 조성물을 제공한다. 예를 들어, 미립자 물질은 양이온 종으로 코팅되지 않은 실리카 및 양이온 종으로 코팅된 적어도 하나의 실리카 입자를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 조성물은 복수의 코팅된 실리카 입자를 함유한다. 일부 실시양태에서, 조성물은 양이온 종으로 코팅된 실리카 입자만을 포함하는 미립자 물질을 포함하고, 임의의 코팅되지 않은 실리카를 포함하지 않는다. 일부 실시양태에서, 조성물은 적어도 약 25%, 약 35%, 약 50%, 약 60%, 약 75%, 약 90 중량%, 또는 약 99 중량%의 양이온 종으로 코팅된 실리카 입자를 포함하고, 나머지 양의 미립자 물질은 코팅되지 않은 실리카 입자이다. 다른 실시양태에서, 조성물은 100 중량%의 복수의 코팅된 실리카 입자를 포함하는 미립자 물질을 포함한다.The present disclosure also provides compositions comprising coated silica particles as described earlier in this specification. In some embodiments, the present disclosure provides a composition comprising a particulate material comprising coated silica particles. For example, the particulate material may include silica not coated with cationic species and at least one silica particle coated with cationic species. In another example, the composition contains a plurality of coated silica particles. In some embodiments, the composition comprises a particulate material comprising only silica particles coated with cationic species and does not include any uncoated silica. In some embodiments, the composition comprises silica particles coated with at least about 25%, about 35%, about 50%, about 60%, about 75%, about 90% by weight, or about 99% by weight of cationic species, The remaining amount of particulate material is uncoated silica particles. In another embodiment, the composition comprises a particulate material comprising 100% by weight of a plurality of coated silica particles.

일부 실시양태에서, 조성물 내의 미립자 물질의 양은 약 1 중량% 내지 약 90 중량%, 약 1 중량% 내지 약 80 중량%, 약 1 중량% 내지 약 70 중량%, 약 1 중량% 내지 약 60 중량%, 약 1 중량% 내지 약 50 중량%, 약 1 중량% 내지 약 40 중량%, 약 1 중량% 내지 약 35 중량%, 약 1 중량% 내지 약 25 중량%, 약 1 중량% 내지 약 20 중량%, 또는 약 1 중량% 내지 약 15 중량%의 범위이다. 일부 실시양태에서, 조성물 내의 미립자 물질의 양은 약 5 중량% 내지 약 50 중량%, 약 10 중량% 내지 약 50 중량%, 약 5 중량% 내지 약 40 중량%, 약 10 중량% 내지 약 35 중량%, 약 5 중량% 내지 약 35 중량%, 약 10 중량% 내지 약 25 중량%, 약 5 중량% 내지 약 15 중량%, 또는 약 15 중량% 내지 약 35 중량%의 범위이다. 일부 실시양태에서, 조성물 내의 미립자 물질의 양은 약 5 중량%, 약 7.5 중량%, 약 10 중량%, 약 12.5 중량%, 약 15 중량%, 약 20 중량%, 약 25 중량%, 약 30 중량%, 약 35 중량%, 약 40 중량%, 약 50 중량%, 약 60 중량%, 또는 약 75 중량%이다.In some embodiments, the amount of particulate material in the composition is about 1% to about 90%, about 1% to about 80%, about 1% to about 70%, about 1% to about 60% by weight. , About 1 wt% to about 50 wt%, about 1 wt% to about 40 wt%, about 1 wt% to about 35 wt%, about 1 wt% to about 25 wt%, about 1 wt% to about 20 wt% Or from about 1% to about 15% by weight. In some embodiments, the amount of particulate material in the composition is about 5% to about 50%, about 10% to about 50%, about 5% to about 40%, about 10% to about 35% by weight. , About 5% to about 35%, about 10% to about 25%, about 5% to about 15%, or about 15% to about 35% by weight. In some embodiments, the amount of particulate material in the composition is about 5%, about 7.5%, about 10%, about 12.5%, about 15%, about 20%, about 25%, about 30% by weight. , About 35%, about 40%, about 50%, about 60%, or about 75% by weight.

일부 실시양태에서, 조성물은 수성 용매와 같은 용매를 포함한다. 일부 실시양태에서, 수성 용매는 물을 포함한다. 일부 실시양태에서, 수성 용매는 또한 물 이외의 다른 용매, 예를 들어 알코올, 예컨대 메탄올, 에탄올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 글리세린 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 일부 실시양태에서, 수성 용매는 물을 중량 또는 부피 기준으로 약 40%, 약 50%, 약 60%, 약 70%, 약 80%, 또는 약 90% 또는 그 초과의 양으로 포함하고, 나머지 양은 물 이외의 다른 용매이다. 일부 실시양태에서, 물은 조성물 내의 유일한 용매이다.In some embodiments, the composition comprises a solvent, such as an aqueous solvent. In some embodiments, the aqueous solvent comprises water. In some embodiments, the aqueous solvent also includes other solvents than water, such as alcohols such as methanol, ethanol, ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, glycerin or mixtures thereof. In some embodiments, the aqueous solvent comprises water in an amount of about 40%, about 50%, about 60%, about 70%, about 80%, or about 90% or more, with the remaining amount being It is a solvent other than water. In some embodiments, water is the only solvent in the composition.

일부 실시양태에서, 조성물은 용매를 중량 또는 부피 기준으로 약 10% 내지 약 90%, 약 10% 내지 약 80%, 약 10% 내지 약 70%, 약 10% 내지 약 60%, 약 10% 내지 약 50%, 약 50% 내지 약 90%, 또는 약 50% 내지 약 75%의 범위로 포함한다. 이들 실시양태의 일부 측면에서, 용매는 물이다.In some embodiments, the composition comprises about 10% to about 90%, about 10% to about 80%, about 10% to about 70%, about 10% to about 60%, about 10% to about solvent, by weight or volume About 50%, about 50% to about 90%, or about 50% to about 75%. In some aspects of these embodiments, the solvent is water.

일부 실시양태에서, 조성물의 pH는 약 7 내지 약 12, 약 7.5 내지 약 12, 약 8 내지 약 12, 약 8 내지 약 11, 약 9 내지 약 12, 또는 약 9 내지 11이다. 조성물의 pH는 예를 들어 조성물의 안정성을 보장하고, 조성물 내의 미립자 물질의 응집을 방지하고, 조성물의 조기 경화를 방지하기에 충분하다. 일부 실시양태에서, 조성물의 점도는 약 1 센티포이즈(cP) 내지 약 20 cP, 약 1 cP 내지 약 18 cP, 약 1 cP 내지 약 15 cP, 약 1 cP 내지 약 12 cP, 약 1 cP 내지 약 10 cP, 약 1 cP 내지 약 8 cP, 약 1 cP 내지 약 5 cP, 약 5 cP 내지 약 20 cP, 약 5 cP 내지 약 15 cP, 약 5 cP 내지 약 10 cP 또는 약 8 cP 내지 약 10 cP이다. 조성물의 점도는 예를 들어 조성물이 통상적인 유정 장비를 사용하여(예를 들어, 코일 튜빙 장비를 사용하여) 지하 지층의 목표 대역에 편리하고 적절한 시간에 배치될 수 있도록 조성물의 유동성을 보장하기에 충분하다.In some embodiments, the pH of the composition is about 7 to about 12, about 7.5 to about 12, about 8 to about 12, about 8 to about 11, about 9 to about 12, or about 9 to 11. The pH of the composition is sufficient to, for example, ensure stability of the composition, prevent aggregation of particulate matter in the composition, and prevent premature curing of the composition. In some embodiments, the viscosity of the composition is from about 1 centipoise (cP) to about 20 cP, about 1 cP to about 18 cP, about 1 cP to about 15 cP, about 1 cP to about 12 cP, about 1 cP to about 10 cP, about 1 cP to about 8 cP, about 1 cP to about 5 cP, about 5 cP to about 20 cP, about 5 cP to about 15 cP, about 5 cP to about 10 cP or about 8 cP to about 10 cP to be. The viscosity of the composition is such as to ensure the flowability of the composition so that it can be placed at a convenient and appropriate time in the target zone of the underground strata, for example using conventional oil well equipment (eg, using coil tubing equipment). Suffice.

일부 실시양태에서, 미립자 실리카 물질 및 용매는 조성물 내의 유일한 성분이다. 다른 실시양태에서, 조성물은 활성화제를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 본 개시내용의 조성물은 경화 가능하고, 즉 조성물은 일정 시간 후에 경질 겔을 형성한다(예를 들어, 조성물은 지연 겔화 조성물이다). 일부 실시양태에서, 조성물은 유동할 수 없을 때 경질 겔로 간주된다. 일부 실시양태에서, 조성물은 조성물이 형성되고 약 1시간, 약 2시간, 약 3시간, 약 4시간, 약 5시간, 약 6시간, 약 8시간, 약 10시간 또는 약 12시간 또는 그 초과의 시간 후에 경질 겔을 형성한다. 일부 실시양태에서, 조성물은 활성화제 없이 경질 겔을 형성할 수 있다. 다른 실시양태에서, 조성물은 조성물 내의 활성화제의 존재로 인해 경질 겔을 형성한다. 경질 겔의 형성은 실리카 입자(예를 들어, 코팅된 실리카 입자)가 응집되어 고결화된 물질을 형성하기 때문에 가능하다. 일부 실시양태에서, 경화 가능 조성물은 조성물의 pH가 예를 들어 7 미만의 pH로 변할 때 경질 겔을 형성한다. 일부 예에서, 조성물은 약 7, 약 6.5, 약 6, 약 5.5, 약 5 또는 약 4의 pH에서 경질 겔을 형성한다. 산성 pH 범위에서, 실리카 입자는 응집되어 고결화된 물질을 형성한다. 일부 실시양태에서, 경화 가능 조성물은 주위 온도에서 경질 겔을 형성한다. 일부 실시양태에서, 경화 가능 조성물은 주위 온도 미만의 온도에서(예를 들어, 지하 지층 온도가 주위 온도보다 낮은 경우) 경질 겔을 형성한다. 일부 실시양태에서, 경화 가능 조성물은 고온에서(예를 들어, 지하 지층 온도가 주위 온도보다 높은 경우) 경질 겔을 형성한다. 이들 실시양태의 일부 측면에서, 경화 가능 조성물은 약 화씨 50도(℉) 내지 약 500℉, 약 50℉ 내지 약 450℉, 약 50℉ 내지 약 400℉, 약 50℉ 내지 약 350℉, 약 75℉ 내지 약 500℉, 약 75℉ 내지 약 350℉, 약 75℉ 내지 약 250℉, 약 150℉ 내지 약 500℉, 약 150℉ 내지 약 350℉, 또는 약 150℉ 내지 약 250℉의 온도에서 고결화된 경질 겔을 형성한다.In some embodiments, the particulate silica material and solvent are the only components in the composition. In other embodiments, the composition further comprises an activator. In some embodiments, a composition of the present disclosure is curable, that is, the composition forms a hard gel after a period of time (eg, the composition is a delayed gelling composition). In some embodiments, the composition is considered a hard gel when it cannot flow. In some embodiments, the composition comprises about 1 hour, about 2 hours, about 3 hours, about 4 hours, about 5 hours, about 6 hours, about 8 hours, about 10 hours or about 12 hours or more after the composition is formed. After time a hard gel is formed. In some embodiments, the composition can form a hard gel without activator. In other embodiments, the composition forms a hard gel due to the presence of an activator in the composition. The formation of hard gels is possible because the silica particles (eg coated silica particles) aggregate to form a solidified material. In some embodiments, the curable composition forms a hard gel when the pH of the composition changes to a pH of less than 7, for example. In some examples, the composition forms a hard gel at a pH of about 7, about 6.5, about 6, about 5.5, about 5, or about 4. In the acidic pH range, the silica particles aggregate to form a solidified material. In some embodiments, the curable composition forms a hard gel at ambient temperature. In some embodiments, the curable composition forms a hard gel at a temperature below ambient temperature (eg, when the underground strata temperature is below ambient temperature). In some embodiments, the curable composition forms a hard gel at high temperature (eg, when the underground strata temperature is above ambient temperature). In some aspects of these embodiments, the curable composition can be from about 50 degrees Fahrenheit to about 500 degrees Fahrenheit, about 50 degrees F to about 450 degrees F, about 50 degrees F to about 400 degrees F, about 50 degrees F to about 350 degrees F, about 75 degrees Fahrenheit. Freeze at temperatures between about 0 ° F. and about 500 ° F., between about 75 ° F. and about 350 ° F., between about 75 ° F. and about 250 ° F., between about 150 ° F. and about 500 ° F., between about 150 ° F. and about 350 ° F. Form a hardened hard gel.

일부 실시양태에서, 조성물은 활성화제를 포함한다. 활성화제의 적합한 예는 알칼리 실리케이트, 예컨대 규산나트륨(Na-실리케이트) 또는 규산칼륨(K-실리케이트)을 포함한다. 본 개시내용에서 사용되는 Na-실리케이트는 화학식 (Na2SiO2)nO를 갖는 화합물을 지칭한다. 일부 실시양태에서, Na-실리케이트는 메타규산나트륨(Na2SiO3) 또는 화학식 (Na2SiO2)nO의 중합체 실리케이트 화합물이다. 이와 유사하게, 본 개시내용에서 사용되는 K-실리케이트는 화학식 (K2SiO2)nO를 갖는 화합물을 지칭한다. 일부 실시양태에서, K-실리케이트는 메타규산칼륨(K2SiO3) 또는 화학식 (K2SiO2)nO의 중합체 실리케이트 화합물이다. 일부 실시양태에서, 활성화제는 실리카 입자의 양이온성 코팅과 모래 입자 사이의 상호작용을 촉진한다.In some embodiments, the composition comprises an activator. Suitable examples of activators include alkali silicates such as sodium silicate (Na-silicate) or potassium silicate (K-silicate). Na-silicate as used in this disclosure refers to compounds having the formula (Na 2 SiO 2 ) n O. In some embodiments, the Na-silicate is sodium silicate (Na 2 SiO 3 ) or polymeric silicate compound of formula (Na 2 SiO 2 ) n O. Similarly, K-silicate used in the present disclosure refers to a compound having the formula (K 2 SiO 2 ) n O. In some embodiments, K-silicate is a potassium silicate (K 2 SiO 3 ) or polymeric silicate compound of formula (K 2 SiO 2 ) n O. In some embodiments, the activator promotes the interaction between the cationic coating of the silica particles and the sand particles.

조성물 내의 활성화제의 양은 예를 들어 조성물 내의 코팅된 실리카를 활성화하고 조성물의 코팅된 실리카에 의한 모래 고결화 속도를 증가시키기에 충분하다. 일부 실시양태에서, 활성화제는 약 100℃ 내지 약 200℃와 같은 증가된 온도에서 활성화된다. 일부 실시양태에서, 활성화제는 조성물의 경화를 촉진한다. 일부 실시양태에서, 조성물은 활성화제를 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 8 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%, 약 0.25 중량% 내지 약 10 중량%, 약 0.25 중량% 내지 약 5 중량%, 약 0.25 중량% 내지 약 4 중량%, 약 0.5 중량% 내지 약 10 중량%, 약 0.5 중량% 내지 약 7.5 중량%, 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량%, 약 1 중량% 내지 약 10 중량%, 약 1 중량% 내지 약 7.5 중량%, 약 2 중량% 내지 약 5 중량%, 또는 약 1 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 포함한다. 일부 실시양태에서, 조성물은 약 0.1 중량%, 약 0.25 중량%, 약 0.5 중량%, 약 1 중량%, 약 2 중량%, 약 3 중량%, 약 4 중량%, 약 5 중량%, 약 7.5 중량%, 또는 약 10 중량%의 활성화제를 포함한다.The amount of activator in the composition is sufficient to, for example, activate the coated silica in the composition and increase the rate of sand solidification by the coated silica in the composition. In some embodiments, the activator is activated at increased temperatures, such as about 100 ° C to about 200 ° C. In some embodiments, the activator promotes curing of the composition. In some embodiments, the composition comprises about 0.1% to about 10%, about 0.1% to about 8%, about 0.1% to about 5%, about 0.25% to about 10% by weight of activator, About 0.25% to about 5%, about 0.25% to about 4%, about 0.5% to about 10%, about 0.5% to about 7.5%, about 0.5% to about 5%, About 1% to about 10%, about 1% to about 7.5%, about 2% to about 5%, or about 1% to about 5% by weight. In some embodiments, the composition has about 0.1%, about 0.25%, about 0.5%, about 1%, about 2%, about 3%, about 4%, about 5%, about 7.5% %, Or about 10% by weight of activator.

일부 실시양태에서, 활성화제는 pH 조절제이다. 예를 들어, pH 조절제는 조성물의 pH를 감소시킬 수 있는 화학적 화합물이다. 한 예에서, pH 조절제는 에스테르 화합물이다. 에스테르 화합물은 화학식 R-C(=O)0-R'로 표시될 수 있고, 상기 식에서 R 및 R'는 각각 독립적으로 선택적으로 치환된 C1-10 알킬(예를 들어, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 펜틸, 헥실 등), 또는 선택적으로 치환된 C6-10 아릴(예를 들어, 페닐), C3-7 시클로알킬(예를 들어, 시클로헥실) 또는 C3-7 헤테로시클로알킬(예를 들어, 테트라히드로푸라닐)이다. 선택적인 치환체는 OH, NH2, SH, CN, 할로 및 유사한 기를 포함한다. 일부 실시양태에서, 에스테르 화합물은 포름산, 이소부티르산, 아세트산, 락트산, 숙신산, 말레산, 말산 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 유기산의 에스테르이다. 일부 실시양태에서, 에스테르 화합물은 에틸 포르메이트, 메틸 포르메이트, 트리에틸 오르토포르메이트, 트리메틸 오르토포르메이트, 디에틸렌 글리콜 디포르메이트, 에틸렌 글리콜 디포르메이트, 디프로필렌 글리콜 디포르메이트, 에틸 락테이트, 메틸 락테이트 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, 에스테르 화합물은 중합체 물질(예를 들어, 폴리락티드 수지)이다. 일부 실시양태에서, 에스테르 화합물은 조성물이 형성되고 일정 시간(예를 들어, 약 3시간) 후에 조성물 내에서 가수분해되어 상응하는 산(예를 들어, 포름산 또는 락트산)을 생성함으로써 조성물의 pH를 감소시키고 조성물의 경화를 활성화한다. 일부 실시양태에서, 에스테르 화합물의 가수분해는 조성물의 pH를 약 6, 약 5 또는 약 4로 감소시킨다. 일부 실시양태에서, 조성물 내의 에스테르 화합물은 지하 지층 온도에서 가수분해된다. 일부 실시양태에서, 에스테르 화합물은 약 50℉ 내지 약 500℉, 약 50℉ 내지 약 350℉, 약 50℉ 내지 약 250℉, 약 75℉ 내지 약 500℉, 약 75℉ 내지 약 350℉, 약 75℉ 내지 약 250℉, 약 150℉ 내지 약 500℉, 또는 약 150℉ 내지 약 250℉의 온도에서 가수분해된다. 일부 실시양태에서, 조성물은 에스테르 화합물을 조성물의 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%, 약 0.25 중량% 내지 약 10 중량%, 약 0.25 중량% 내지 약 4 중량% 또는 약 1 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 포함한다.In some embodiments, the activator is a pH adjuster. For example, pH adjusting agents are chemical compounds that can reduce the pH of a composition. In one example, the pH adjusting agent is an ester compound. The ester compound may be represented by the formula RC (= O) 0-R ', wherein R and R' are each independently optionally substituted C 1-10 alkyl (eg, methyl, ethyl, propyl, iso Propyl, butyl, pentyl, hexyl, etc.), or optionally substituted C 6-10 aryl (eg phenyl), C 3-7 cycloalkyl (eg cyclohexyl) or C 3-7 heterocycloalkyl (E.g., tetrahydrofuranyl). Optional substituents include OH, NH 2 , SH, CN, halo and similar groups. In some embodiments, the ester compound is an ester of an organic acid selected from the group consisting of formic acid, isobutyric acid, acetic acid, lactic acid, succinic acid, maleic acid, malic acid, and combinations thereof. In some embodiments, the ester compound is ethyl formate, methyl formate, triethyl orthoformate, trimethyl orthoformate, diethylene glycol diformate, ethylene glycol diformate, dipropylene glycol diformate, ethyl lactate , Methyl lactate and combinations thereof. In some embodiments, the ester compound is a polymeric material (eg, polylactide resin). In some embodiments, the ester compound is hydrolyzed in the composition after a period of time (eg, about 3 hours) after the composition is formed to reduce the pH of the composition by producing a corresponding acid (eg, formic acid or lactic acid). And activate the curing of the composition. In some embodiments, hydrolysis of the ester compound reduces the pH of the composition to about 6, about 5 or about 4. In some embodiments, the ester compound in the composition is hydrolyzed at underground strata temperatures. In some embodiments, the ester compound is about 50 ° F. to about 500 ° F., about 50 ° F. to about 350 ° F., about 50 ° F. to about 250 ° F., about 75 ° F. to about 500 ° F., about 75 ° F. to about 350 ° F., about 75 Hydrolyze at a temperature between F and about 250 F, about 150 and about 500 F, or about 150 and about 250 F. In some embodiments, the composition comprises about 0.1% to about 10%, about 0.1% to about 5%, about 0.25% to about 10%, about 0.25% to about 4% of the ester compound by weight of the composition. % Or about 1% to about 5% by weight.

일부 실시양태에서, 조성물은 이온 강도 조절제를 포함하는 활성화제를 포함한다. 일부 실시양태에서, 이온 강도 조절제는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 염과 같은 무기 전해질이다. 이들 실시양태의 일부 측면에서, 금속 염은 KCl, NaCl, NBr, NaBr, CaCl2, CaBr2, LiCl, KNO3, Na2(S04)3 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, 이온 강도 조절제는 실리카 입자의 응집을 용이하게 하여 조성물의 경화 및 고결화를 용이하게 한다. 일부 실시양태에서, 조성물은 이온 강도 조절제를 조성물의 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%, 약 0.25 중량% 내지 약 10 중량%, 약 0.25 중량% 내지 약 5 중량%, 또는 약 1 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 포함한다.In some embodiments, the composition comprises an activator comprising an ionic strength modifier. In some embodiments, the ionic strength modifier is an inorganic electrolyte, such as an alkali metal or alkaline earth metal salt. In some aspects of these embodiments, the metal salt is selected from the group consisting of KCl, NaCl, NBr, NaBr, CaCl 2 , CaBr 2 , LiCl, KNO 3 , Na 2 (SO 4 ) 3, and combinations thereof. In some embodiments, the ionic strength modifier facilitates agglomeration of the silica particles to facilitate curing and solidification of the composition. In some embodiments, the composition comprises an ionic strength modifier from about 0.1% to about 10%, about 0.1% to about 5%, about 0.25% to about 10%, about 0.25% to about 5 of the composition. Wt%, or from about 1 wt% to about 5 wt%.

일부 실시양태에서, 조성물은 본 명세서의 앞부분에서 개시된 임의의 양의 pH 조절제 및 이온 강도 조절제를 포함한다. 일부 실시양태에서, 본 출원은 본 명세서에서 추후에 설명되는 임의의 방법에 의해 제조된 코팅된 실리카 입자를 포함하는 조성물을 제공한다.In some embodiments, the composition comprises any amount of pH regulator and ionic strength regulator disclosed earlier in this specification. In some embodiments, the present application provides a composition comprising coated silica particles made by any of the methods described later herein.

코팅된 실리카 입자 및 조성물의 제조Preparation of Coated Silica Particles and Compositions

본 출원은 또한 본 명세서의 앞부분에서 설명된 코팅된 실리카 입자를 제조하는 방법을 제공하고, 이 방법은 (i) 고체 실리카 입자 및 용매를 포함하는 콜로이드 분산액을 수득하는 단계; (ii) 양이온 종을 수득하는 단계; 및 (iii) 단계 (i)의 콜로이드 분산액을 단계 (ii)의 양이온 종과 조합하여 코팅된 실리카 입자를 수득하는 단계를 포함한다. 일부 실시양태에서, 콜로이드 분산액은 분산상 및 연속상을 포함하고, 분산상은 고체 실리카 입자(예를 들어, 복수의 고체 실리카 입자)를 포함하고, 연속상은 용매(예를 들어, 물)를 포함한다.The present application also provides a method of making the coated silica particles described earlier in the present specification, comprising: (i) obtaining a colloidal dispersion comprising solid silica particles and a solvent; (ii) obtaining a cationic species; And (iii) combining the colloidal dispersion of step (i) with the cationic species of step (ii) to obtain coated silica particles. In some embodiments, the colloidal dispersion comprises a dispersed phase and a continuous phase, the dispersed phase comprises solid silica particles (eg, a plurality of solid silica particles), and the continuous phase comprises a solvent (eg water).

분산액 내의 고체 실리카 입자는 코어 및 외표면을 포함한다. 실리카 입자의 코어는 SiO2 및 선택적으로 다른 물질(예를 들어, 코팅된 실리카 입자에 대해 본 명세서의 앞부분에서 설명된 바와 같은 Al2O3, Si, C, SiC, SiCl4)을 포함한다. 실리카 입자의 외표면은 실란올 기 및 실릴옥시 음이온을 포함한다(예를 들어, 도 2a 및 2b 참조). 일부 실시양태에서, 고체 실리카 입자의 외표면은 음으로 하전된다. 예를 들어, 실리카 입자의 외표면 상의 실란올 쌍극자 및 실릴옥시 음이온은 외표면의 순 음전하에 기여한다. 콜로이드 분산액은 미립자 실리카 물질(예를 들어, 복수의 고체 실리카 입자)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 실리카 입자는 단분산성이다(예를 들어, 코팅된 실리카 입자에 대해 본 명세서의 앞부분에서 설명된 바와 같이 균일한 크기, 형태 및 조성을 갖는다). 일부 실시양태에서, 미립자 실리카 물질은 분산액의 분산상의 유일한 성분이다. 다른 실시양태에서, 분산액의 분산상은 미립자 실리카 이외의 다른 물질(예를 들어, 모래, 점토 또는 시멘트)을 포함한다. 분산액의 연속상 내의 용매는 물 이외의 다른 용매(예를 들어, 본 명세서의 앞부분에서 설명된 바와 같은 알코올 또는 다른 용매)를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 물은 분산액 내의 유일한 용매이다. 일부 실시양태에서, 분산액 내의 미립자 실리카는 약 10제곱미터/그램(m2/g) 내지 약 2,000 m2/g, 약 20 m2/g 내지 약 1,500 m2/g, 또는 약 30 m2/g 내지 약 1,000 m2/g 범위의 분산액의 단위 질량당 표면적을 갖는다. 일부 실시양태에서, 분산액 내의 고체 실리카 입자는 미세 입자 또는 나노 입자(예를 들어, 코팅된 실리카 입자에 대해 앞부분에서 설명된 바와 같은)이다. 일부 실시양태에서, 고체 실리카 입자는 약 1 nm 내지 약 1,000 nm, 약 1 nm 내지 약 500 nm, 약 1 nm 내지 약 150 nm, 약 1 nm 내지 약 50 nm, 약 4 nm 내지 약 50 nm, 또는 약 5 nm 내지 약 17 nm의 크기(예를 들어, 직경)를 갖는 나노 입자이다. 일부 실시양태에서, 분산액 내의 미립자 실리카 물질의 양은 약 1 중량% 내지 약 90 중량%, 약 5 중량% 내지 약 75 중량%, 약 10 중량% 내지 약 75 중량%, 약 5 중량% 내지 약 50 중량%, 또는 약 10 중량% 내지 약 50 중량%이다. 일부 실시양태에서, 분산액 내의 미립자 실리카 물질의 양은 약 5 중량%, 약 10 중량%, 약 15 중량%, 약 20 중량%, 약 35 중량% 또는 약 50 중량%이다. 악조 노벨에서 공급하는 켐바인더® 50은 콜로이드 실리카 분산액의 비제한적인 예이다.Solid silica particles in the dispersion comprise a core and an outer surface. The core of the silica particles comprises SiO 2 and optionally other materials (eg, Al 2 O 3 , Si, C, SiC, SiCl 4 as described earlier for the coated silica particles). The outer surface of the silica particles includes silanol groups and silyloxy anions (see, eg, FIGS. 2A and 2B). In some embodiments, the outer surface of the solid silica particles is negatively charged. For example, silanol dipoles and silyloxy anions on the outer surface of the silica particles contribute to the net negative charge on the outer surface. The colloidal dispersion comprises particulate silica material (eg, a plurality of solid silica particles). In some embodiments, the silica particles are monodisperse (eg, have a uniform size, shape, and composition as described earlier in the specification for the coated silica particles). In some embodiments, the particulate silica material is the only component of the dispersion phase of the dispersion. In other embodiments, the dispersed phase of the dispersion comprises a material other than particulate silica (eg, sand, clay or cement). The solvent in the continuous phase of the dispersion may include solvents other than water (eg, alcohols or other solvents as described earlier in this specification). In some embodiments, water is the only solvent in the dispersion. In some embodiments, the particulate silica in the dispersion is about 10 square meters / gram (m 2 / g) to about 2,000 m 2 / g, about 20 m 2 / g to about 1,500 m 2 / g, or about 30 m 2 / g It has a surface area per unit mass of dispersion in the range from about 1,000 m 2 / g. In some embodiments, the solid silica particles in the dispersion are fine particles or nano particles (eg, as described earlier for coated silica particles). In some embodiments, the solid silica particles have about 1 nm to about 1,000 nm, about 1 nm to about 500 nm, about 1 nm to about 150 nm, about 1 nm to about 50 nm, about 4 nm to about 50 nm, or Nanoparticles having a size (eg, diameter) of about 5 nm to about 17 nm. In some embodiments, the amount of particulate silica material in the dispersion is about 1% to about 90%, about 5% to about 75%, about 10% to about 75%, about 5% to about 50% by weight. %, Or about 10% to about 50% by weight. In some embodiments, the amount of particulate silica material in the dispersion is about 5%, about 10%, about 15%, about 20%, about 35%, or about 50% by weight. ChemBinder® 50 from Akzo Nobel is a non-limiting example of a colloidal silica dispersion.

일부 실시양태에서, 양이온 종은 용매 내의 용액, 예를 들어 본 명세서의 앞부분에서 설명된 물 또는 물과 알코올의 혼합물 내의 PDADMAC 용액으로서 수득될 수 있다. 일부 실시양태에서, 양이온 종은 물 내의 혼합물(예를 들어, 용액)로서 수득될 수 있다. 일부 실시양태에서, 용액 내의 양이온 종의 농도는 약 5 중량% 내지 약 75 중량%, 약 10 중량% 내지 약 75 중량%, 약 5 중량% 내지 약 50 중량% 또는 약 10 중량% 내지 약 50 중량%이다. 일부 실시양태에서, 용매와의 혼합물 내의 양이온 종의 농도는 약 5 중량%, 약 10 중량%, 약 15 중량%, 약 20 중량%, 약 35 중량%, 또는 약 50 중량%이다. 일부 실시양태에서, 단계 (ii)에서 수득된 양이온 종의 양은 고체 미립자 실리카를 포함하는 콜로이드 분산액의 양에 비해 약 0.01 중량% 내지 약 5 중량%, 약 0.05 중량% 내지 약 5 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%, 약 0.25 중량% 내지 약 5 중량%, 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량%, 약 1 중량% 내지 약 5 중량%, 약 0.1 중량% 내지 약 4 중량%, 또는 약 0.1 중량% 내지 약 2 중량%의 범위이다.In some embodiments, the cationic species may be obtained as a solution in a solvent, for example, a PDADMAC solution in water or a mixture of water and alcohol as described earlier in this specification. In some embodiments, cationic species can be obtained as a mixture (eg, a solution) in water. In some embodiments, the concentration of cationic species in the solution is about 5% to about 75%, about 10% to about 75%, about 5% to about 50%, or about 10% to about 50% by weight %to be. In some embodiments, the concentration of cationic species in the mixture with the solvent is about 5%, about 10%, about 15%, about 20%, about 35%, or about 50% by weight. In some embodiments, the amount of cationic species obtained in step (ii) is about 0.01 wt% to about 5 wt%, about 0.05 wt% to about 5 wt%, about 0.1 relative to the amount of colloidal dispersion comprising solid particulate silica Wt% to about 5 wt%, about 0.25 wt% to about 5 wt%, about 0.5 wt% to about 5 wt%, about 1 wt% to about 5 wt%, about 0.1 wt% to about 4 wt%, or about And 0.1 wt% to about 2 wt%.

일부 실시양태에서, 조합은 단계 (ii)에서 수득한 양이온 종을 단계 (i)에서 수득한 콜로이드 분산액에 첨가하는 단계를 포함한다. 다른 실시양태에서, 조합은 단계 (i)에서 수득한 콜로이드 분산액을 단계 (ii)에서 수득한 양이온 종에 첨가하는 단계를 포함한다. 일부 실시양태에서, 조합은 콜로이드 분산액에 양이온 종을 균일하게 분포시키는 것을 포함한다. 도 3을 참조하면, 양이온 종(예를 들어, PDADMAC)과 콜로이드 분산액을 조합한 후, 양이온 종은 예를 들어 실리카 입자의 외표면 상의 실란올 쌍극자 및 실릴옥시 음이온에 비공유적으로 결합함으로써 분산액 내의 고체 실리카 입자를 코팅함으로써 본 명세서의 앞부분에서 설명된 바와 같이 코팅된 실리카 입자를 형성한다. 양이온 종의 양으로 하전된 양이온 중심은 양으로 하전된 원자와 실리카 입자의 외표면 상의 음으로 하전된 실란올 기 및 실릴옥시 음이온 사이의 정전기적 인력으로 인한 결합을 용이하게 한다. 일부 실시양태에서, 조합은 실리카 분산액과 양이온 종의 혼합물(예를 들어, 반응 혼합물)을 연속적으로 교반하는 것을 포함한다. 교반은 교반, 맴돌이(swirling) 또는 진탕 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 반응 혼합물의 교반은 관련 기술 분야에 공지된 임의의 통상적인 장비 및 프로토콜을 사용하여, 예를 들어 통상적인 블렌더 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 반응 혼합물의 교반은 전형적으로 본 명세서의 앞부분에서 설명된 바와 같이 코팅된 실리카 입자를 생성하기에 충분한 시간(예를 들어, 약 1분(min) 내지 약 30분, 1분 내지 약 20분, 약 1분 내지 약 15분, 약 1분 내지 약 10분, 또는 약 1분 내지 약 5분) 동안 수행된다.In some embodiments, the combination comprises adding the cationic species obtained in step (ii) to the colloidal dispersion obtained in step (i). In other embodiments, the combination comprises adding the colloidal dispersion obtained in step (i) to the cationic species obtained in step (ii). In some embodiments, the combination comprises the uniform distribution of cationic species in the colloidal dispersion. Referring to FIG. 3, after combining a cationic species (eg, PDADMAC) and a colloidal dispersion, the cationic species may be covalently bound to, for example, silanol dipoles and silyloxy anions on the outer surface of the silica particles. Coating the solid silica particles forms coated silica particles as described earlier in this specification. The positively charged cation center of the cationic species facilitates the binding due to the electrostatic attraction between the positively charged atoms and the negatively charged silanol groups and silyloxy anions on the outer surface of the silica particles. In some embodiments, the combination comprises continuously stirring the mixture of the silica dispersion and the cationic species (eg, the reaction mixture). Stirring can include stirring, swirling or shaking, or any combination thereof. Stirring of the reaction mixture can be performed using any conventional equipment and protocols known in the art, for example using conventional blender apparatus. Stirring of the reaction mixture typically takes a sufficient time (eg, from about 1 minute to about 30 minutes, 1 minute to about 20 minutes, about) to produce coated silica particles as described earlier in this specification. 1 minute to about 15 minutes, about 1 minute to about 10 minutes, or about 1 minute to about 5 minutes).

일부 실시양태에서, 방법은 활성화제를 수득하는 단계를 포함한다. 일부 실시양태에서, 활성화제는 용매 내의 용액, 예를 들어 물 또는 물과 알코올의 혼합물 내의 Na-실리케이트 또는 K-실리케이트의 용액로서 수득될 수 있다. 일부 실시양태에서, 방법은 활성화제를 단계 (i)에서 수득된 고체 실리카 입자의 콜로이드 분산액과 조합하는 단계를 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은 활성화제를 단계 (ii)에서 수득된 양이온 종과 조합하는 단계를 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은 활성화제를 단계 (iii)에서 수득된 코팅된 실리카 입자와 조합하는 단계를 포함한다.In some embodiments, the method comprises obtaining an activator. In some embodiments, the activator can be obtained as a solution in a solvent, such as a solution of Na-silicate or K-silicate in water or a mixture of water and alcohol. In some embodiments, the method comprises combining the activator with a colloidal dispersion of solid silica particles obtained in step (i). In some embodiments, the method comprises combining the activator with the cationic species obtained in step (ii). In some embodiments, the method comprises combining the activator with the coated silica particles obtained in step (iii).

일부 실시양태에서, 방법은 반응 혼합물로부터 용매(예를 들어, 물)를 제거하여 양이온 종으로 코팅된 고체 실리카 입자(예를 들어, 코팅된 입자를 포함하는 분말화된 미립자 물질)를 수득하는 단계를 추가로 포함한다. 용매는 회전 증발 또는 동결건조와 같은 임의의 통상적인 기술에 의해 제거될 수 있다.In some embodiments, the method removes a solvent (eg, water) from the reaction mixture to obtain solid silica particles (eg, powdered particulate material comprising coated particles) coated with cationic species. It further includes. The solvent may be removed by any conventional technique, such as rotary evaporation or lyophilization.

일부 실시양태에서, 본 출원은 앞부분에서 설명된 코팅된 실리카 입자를 포함하는 조성물(예를 들어, 경화성 지연 겔화 조성물)을 제조하는 방법을 제공한다. 일부 실시양태에서, 조성물을 제조하는 방법은 양이온 종으로 코팅된 고체 실리카 입자(예를 들어, 복수의 코팅된 입자를 포함하는 미립자 물질) 및 용매(예를 들어, 물 또는 물/알코올 혼합물)를 조합하는 단계를 포함한다. 다른 실시양태에서, 코팅된 실리카 입자를 제조하기 위해 앞부분에서 설명된 임의의 방법을 사용하여 코팅된 입자를 포함하는 경화성 지연 겔화 조성물을 제조할 수 있다. 이들 실시양태의 일부 측면에서, 조성물을 제조하는 방법은 (i) 고체 실리카 입자 및 용매를 포함하는 콜로이드 분산액을 수득하는 단계; (ii) 양이온 종을 수득하는 단계; 및 (iii) 단계 (i)의 콜로이드 분산액을 단계 (ii)의 양이온 종과 조합하여 코팅된 실리카 입자(예를 들어, 코팅된 실리카 입자 또는 복수의 코팅된 입자를 포함하는 미립자 물질)를 포함하는 경화 가능 조성물을 수득하는 단계를 포함한다. 이러한 방법의 비제한적인 실시양태는 코팅된 실리카 입자의 제조 방법에 대해 본 명세서의 앞부분에서 설명되어 있다. 일부 실시양태에서, 경화 가능 조성물을 제조하는 방법은 적어도 하나의 활성화제를 조성물/분산액/반응 혼합물에 첨가하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 본 명세서의 앞부분에서 설명한 임의의 하나의 활성화제를 앞부분에서 설명한 임의의 양으로 조성물에 첨가할 수 있다. 활성화제는 용액 형태로 조성물/분산액/반응 혼합물에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 활성화제가 NaCl과 같은 이온 강도 조절제인 경우, 용액 내의 이온 강도 조절제의 농도는 약 1 중량 대 부피%(%w/v) 내지 약 30 %w/v, 약 5 %w/v 내지 약 25 %w/v, 또는 약 5 %w/v 내지 약 15 %w/v의 범위일 수 있다. 일부 실시양태에서, 방법은 조성물에 적어도 2개의 활성화제(예를 들어, 이온 강도 조절제 및 pH 조절제)를 첨가하는 단계를 포함한다. 조성물의 성분은 종래의 파쇄 블렌더 유닛을 사용하여 사용 위치(예를 들어, 유정 근처)에서 혼합될 수 있다.In some embodiments, the present application provides a method of making a composition (eg, a curable delayed gelling composition) comprising the coated silica particles described earlier. In some embodiments, a method of making a composition comprises solid silica particles (eg, particulate material comprising a plurality of coated particles) and a solvent (eg, water or a water / alcohol mixture) coated with cationic species. Combining. In other embodiments, curable delayed gelling compositions comprising coated particles can be prepared using any of the methods described earlier to produce coated silica particles. In some aspects of these embodiments, the method of preparing the composition comprises (i) obtaining a colloidal dispersion comprising solid silica particles and a solvent; (ii) obtaining a cationic species; And (iii) combining the colloidal dispersion of step (i) with the cationic species of step (ii) to include coated silica particles (eg, coated silica particles or particulate material comprising a plurality of coated particles). Obtaining a curable composition. Non-limiting embodiments of this method are described earlier in this specification for methods of making coated silica particles. In some embodiments, a method of making a curable composition includes adding at least one activator to the composition / dispersion / reaction mixture. For example, any one of the activators described earlier in this specification can be added to the composition in any amount described above. The activator can be added to the composition / dispersion / reaction mixture in solution form. For example, if the activator is an ionic strength modifier such as NaCl, the concentration of the ionic strength modifier in the solution may range from about 1 weight to volume% (% w / v) to about 30% w / v, about 5% w / v to About 25% w / v, or about 5% w / v to about 15% w / v. In some embodiments, the method includes adding at least two activators (eg, ionic strength regulators and pH regulators) to the composition. The components of the composition can be mixed at the site of use (eg near the oil well) using conventional crushed blender units.

지하 지층을 Underground strata 고결화하기To solidify 위한 코팅된 입자 및 조성물의 사용 방법 Of coated particles and compositions for use

일부 실시양태에서, 본 출원은 연약 지하 지층을 본 명세서의 앞부분에서 설명된 바와 같은 코팅된 실리카 입자를 포함하는 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하는, 연약 지하 지층 형성을 고결화하는 방법을 제공한다. 일부 실시양태에서, 접촉은 지하 입자의 고결화물을 제공한다. 연약의 고결화되지 않은 지하 지층은 회수 가능한 유체가 지층을 통해 유동할 때 지층으로부터 멀리 운반될 수 있는 느슨하게 고화된 입자를 함유한다. 지층은 그의 구조적 지지력을 잃고, 침식되고, 붕괴되어 유정 및 장비가 손상될 수 있다. 느슨한 지하 입자는 모래, 점토 또는 암석, 예컨대 사암, 자갈, 석회암, 석영, 제올라이트, 미사암 또는 셰일, 또는 이들의 임의의 조합의 알갱이를 포함할 수 있다. 가장 빈번하게는, 연약 지하 지층에는 느슨하게 고결화된 모래 알갱이가 있다. 지층의 고결화되지 않은 모래 입자를 본 발명의 경화성 지연 겔화 조성물과 접촉시키는 것은 접촉점에서 모래 알갱이를 함께 고화할 수 있다. 이것은 지층을 고결화하는 강력한 고결화된 매트릭스를 생성한다.In some embodiments, the present application provides a method of solidifying a soft underground strata formation comprising contacting the soft underground strata with a composition comprising coated silica particles as described earlier in this specification. In some embodiments, the contact provides solidified particles of underground particles. The soft, unsolidified underground strata contain loosely solidified particles that can be transported away from the strata as the recoverable fluid flows through the strata. The strata can lose their structural support, erode and collapse, resulting in damage to the oil wells and equipment. Loose underground particles may include grains of sand, clay or rock such as sandstone, gravel, limestone, quartz, zeolite, silt or shale, or any combination thereof. Most often, the soft underground strata have loosely grained sand grains. Contacting the unconsolidated sand particles of the strata with the curable delayed gelling composition of the present invention may solidify the sand grains together at the point of contact. This creates a powerful solidified matrix that solidifies the strata.

비고결된 모래 알갱이(또는 입자)의 표면은 순 음전하를 갖는다. 양이온 종으로 코팅된 양으로 하전된 실리카 입자는 정전기적 인력으로 인해 고결화되지 않은 층 모래 입자 위에 자가 회합하여 고결화 물질의 층을 형성할 수 있다. 도 4를 참조하면, 양하전 음하전 계면(3)에서 지층(1)에서 조성물을 경화시킬 때, 고결화된 실리카 나노 입자(4)를 함유하는 경질 겔의 얇은 층이 고결화되지 않은 모래 입자(2) 주위에 형성된다. 이 경질 겔은 처리된 고결화된 물질을 통한 원하는 다공성을 유지하면서 모래 알갱이를 함께 고화하여, 탄화수소와 같은 회수 가능한 유체의 생산을 용이하게 할 수 있다. 코팅된 실리카 입자의 유사한 양전하는 코팅된 입자 사이의 반발을 유발하고, 이것은 조성물의 낮은 점도(예를 들어, 약 5 cP 내지 약 10 cP의 점도)를 유지하고, 예를 들어 코일 튜빙으로 전달되는 동안 조성물의 조기 경화를 방지하는 것을 돕는다. 조성물은 표적 대역으로 전달될 때 모래 제어 필로 지칭된다. 양으로 하전된 개별 양이온 종과 코팅된 실리카 입자 사이의 전하 반발은 코팅된 실리카의 임의의 원치 않는 응집을 방지할 것이다. 또한, 유사한 전하 반발력은 고결화되지 않은 지층에서 모래 알갱이의 표면의 단일층 코팅을 보장한다. 지층에서 음으로 하전된 모래 알갱이에 대한 친화성을 갖는 양으로 하전된 실리카 입자는 고결화되지 않은 지층의 음으로 하전된 알갱이의 표면에 단일층 코팅을 생성한다.The surface of unsolidified sand grains (or particles) has a net negative charge. Positively charged silica particles coated with cationic species can self-associate on the unsolidified layered sand particles due to electrostatic attraction to form a layer of solidified material. Referring to FIG. 4, when the composition is cured in the stratification layer 1 at the positively charged negatively charged interface 3, a thin layer of hard gel containing solidified silica nanoparticles 4 is unsolidified sand particles 2. ) Is formed around. This hard gel can solidify the sand grains together while maintaining the desired porosity through the treated solidified material, thereby facilitating the production of recoverable fluids such as hydrocarbons. Similar positive charge of the coated silica particles causes repulsion between the coated particles, which maintains the low viscosity of the composition (eg, a viscosity of about 5 cP to about 10 cP), and is transferred to coil tubing, for example. Helps to prevent premature curing of the composition during. The composition is referred to as sand control fill when delivered to the target zone. The charge repulsion between the positively charged individual cationic species and the coated silica particles will prevent any unwanted agglomeration of the coated silica. Similar charge repulsion forces also ensure a single layer coating of the surface of the sand grains in the unsolidified strata. The positively charged silica particles having affinity for the negatively charged sand grains in the strata produce a monolayer coating on the surface of the negatively charged grains of the unsolidified strata.

일부 실시양태에서, 연약 지층은 유정에 의해 관통된다. 경화 가능 조성물은 예를 들어 종래의 코일 튜빙 장비를 사용하여 처리를 필요로 하는 표적 연약 대역으로 전달될 수 있다. 일부 실시양태에서, 지층은 회수 가능한 유체, 예를 들어 물 또는 탄화수소, 예컨대 석유 또는 천연 가스를 함유한다. 일부 실시양태에서, 연약 지층이 본 명세서의 앞부분에서 설명된 조성물 및 방법을 사용하여 고결화될 때, 생성된 고결화된 지층은 회수되는 유체에 대한 투과성을 유지한다. 일부 실시양태에서, 방법은 고형화된 지층으로부터 유체(예를 들어, 오일)를 생산하는 단계를 추가로 포함한다. 유정으로부터 유체의 생산은 관련 기술 분야에 일반적으로 알려진 임의의 통상적인 장비를 사용하여 달성될 수 있다.In some embodiments, the soft strata are penetrated by oil wells. The curable composition can be delivered to a target soft zone that requires treatment using, for example, conventional coiled tubing equipment. In some embodiments, the strata contain a recoverable fluid, such as water or a hydrocarbon such as petroleum or natural gas. In some embodiments, when the soft strata are solidified using the compositions and methods described earlier in this specification, the resulting solidified strata maintain permeability to the fluid recovered. In some embodiments, the method further comprises producing a fluid (eg, oil) from the solidified strata. Production of fluids from oil wells can be accomplished using any conventional equipment generally known in the art.

일부 실시양태에서, 지하 입자의 고결화물을 포함하는 고결화된 지층은 약 700 파운드-힘(lbf), 약 800 lbf, 약 900 lbf, 약 100 lbf 또는 약 1,200 lbf 초과의 압력 하중을 견딜 수 있다. 일부 실시양태에서, 입자의 고결화물은 약 700 lbf 내지 약 1000 lbf 범위의 하중 압력을 견딜 수 있다. 일부 실시양태에서, 단일 모래 제어 필로 전달되는 경화 가능 조성물의 양은 약 100갤런 내지 약 5,000갤런, 약 200갤런 내지 약 4,500갤런, 약 300갤런 내지 약 4,000갤런, 약 400갤런 내지 약 4,000갤런, 또는 약 500갤런 내지 약 3750갤런의 범위일 수 있다. 표적 대역으로 전달될 수 있는 조성물의 양은 숙련된 석유 엔지니어에 의해 결정되는 저장소 두께(예를 들어, 약 20 피트(ft.) 내지 약 150 ft)의 지층 수직 두께와 같은 다양한 요인에 따라 결정된다. 일부 실시양태에서, 지층 두께 20피트당 경화 가능 조성물의 부피는 약 500갤런일 수 있다.In some embodiments, the solidified strata comprising solidified particles of underground particles can withstand pressure loads greater than about 700 pound-force (lbf), about 800 lbf, about 900 lbf, about 100 lbf, or about 1,200 lbf. . In some embodiments, the solidified particles of the particles may withstand load pressures ranging from about 700 lbf to about 1000 lbf. In some embodiments, the amount of curable composition delivered to a single sand control fill is about 100 gallons to about 5,000 gallons, about 200 gallons to about 4,500 gallons, about 300 gallons to about 4,000 gallons, about 400 gallons to about 4,000 gallons, or about And may range from 500 gallons to about 3750 gallons. The amount of composition that can be delivered to the target zone is determined by various factors such as the reservoir vertical thickness (eg, about 20 feet to about 150 feet) as determined by a skilled petroleum engineer. In some embodiments, the volume of the curable composition per 20 feet of stratum thickness can be about 500 gallons.

실시예Example

실시예Example 1 - 코팅된 실리카 나노 입자의 제조 1-Preparation of Coated Silica Nanoparticles

5밀리리터(mL)의 켐바인더® 50(악조 노벨) 콜로이드 나노실리카를 비이커에 첨가하였다.Five milliliters (mL) of Chembinder® 50 (Azo Nobel) colloidal nanosilica was added to the beaker.

표 1: 켐바인더® 50 콜로이드 제품은 악조 노벨에 의해 공급되었으며, 다음과 같은 특징을 가졌다:Table 1: ChemBinder® 50 Colloidal Products were supplied by Akzo Nobel and had the following characteristics:

Figure pct00013
Figure pct00013

켐바인더® 50을 함유하는 비이커에, 0.5 mL의 25% NaCl 수용액을 일정하게 교반하면서 도입하였다. 생성된 혼합물을 5분 동안 혼합하였다. 이어서, 나노실리카를 양이온성 개질제로 사용하여 개질시켰다. 사용된 양이온성 개질제는 베이커 휴즈에 의해 공급된 복잡한 폴리아민 염인 클레이 마스터™ 5C(베이커 휴즈)이었다. 클레이 마스터™ 5C는 화학명이 1,2-에탄디아미늄, N,N'-비스[2-[비스(2-히드록시에틸)메틸암모늄]에틸]-N,N'-비스(2-히드록시에틸)-N,N'-디메틸-, 테트라클로라이드인 폴리아민이다(베이커 휴즈로부터 상업적으로 입수 가능한 제제는 30 중량% 내지 60 중량%의 활성 성분 용액이다). 나노실리카 개질은 나노실리카와 NaCl의 혼합물에 0.1 mL의 클레이 마스터™ 5C를 첨가하여 현장에서 수행되었다(나노실리카 및 NaCl 용액의 양에 대해 2 v/v%의 클레이 마스터™ 5C).In a beaker containing ChemBinder® 50, 0.5 mL of 25% NaCl aqueous solution was introduced with constant stirring. The resulting mixture was mixed for 5 minutes. The nanosilica was then modified using the cationic modifier. The cationic modifier used was Clay Master ™ 5C (Baker Fuse), a complex polyamine salt supplied by Baker Hughes. Clay Master ™ 5C has the chemical name 1,2-ethanediamine, N, N'-bis [2- [bis (2-hydroxyethyl) methylammonium] ethyl] -N, N'-bis (2-hydroxy Polyamine, which is ethyl) -N, N'-dimethyl-, tetrachloride (the formulations commercially available from Baker Hues are 30% to 60% by weight of the active ingredient solution). Nanosilica modification was performed in situ by adding 0.1 mL of Clay Master ™ 5C to a mixture of nanosilica and NaCl (2 v / v% Clay Master ™ 5C relative to the amount of nanosilica and NaCl solution).

실시예Example 2 - 모래  2-sand 고결화를To solidify 위해 코팅된 실리카 나노 입자의 사용 Of silica nanoparticles coated for

추가로 5분 동안 실시예 1에서 제조된 용액을 교반한 후, 5그램의 100 메쉬 모래를 연속 교반 하에 용액에 천천히 첨가하였다. 이로 인해, 양이온성 개질된 나노실리카로 모래를 균일하게 코팅하였다. 나노실리카 코팅된 모래를 시험관에 충전하고, 100℃ 오븐에서 24시간 동안 경화시켰다. 24시간 후, 모래는 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 완전히 고결화된 것으로 밝혀졌다. 고결화된 모래 입자는 700 내지 1000 lbf의 인가된 압력 하중을 견딜 수 있는 강도를 가졌다. 압축 강도는 고결화된 모래 입자의 일축 압축 강도(UCS: unconfined compressive strength)를 측정하기 위해 일축 응력 하중 프레임(uniaxial stress load frame)에 의해 결정되었다. 직경이 1"이고 길이가 2"인 원통 형태의 고결화 코어가 사용되었다. 하중은 둘레 주위를 제한하지 않은 상태에서 두 개의 평평한 끝부분에 인가된다. 고결화된 코어가 파손되는 응력이 고결화된 모래 입자의 UCS(예를 들어, 700에서 1000 lbf 사이의 압력 하중)이다.After stirring the solution prepared in Example 1 for a further 5 minutes, 5 grams of 100 mesh sand was slowly added to the solution under continuous stirring. Because of this, the sand was uniformly coated with cationic modified nanosilica. Nanosilica coated sand was filled into test tubes and cured in a 100 ° C. oven for 24 hours. After 24 hours, the sand was found to be completely solidified as can be seen in FIG. 5. The solidified sand particles had a strength that could withstand an applied pressure load of 700 to 1000 lbf. The compressive strength was determined by a uniaxial stress load frame to measure the unconfined compressive strength (UCS) of solidified sand particles. A cylindrical solidification core of 1 "diameter and 2" length was used. The load is applied to the two flat ends without limiting around the perimeter. The stress at which the solidified core breaks is the UCS of the solidified sand particles (eg, a pressure load between 700 and 1000 lbf).

고결화된 모래 팩이 투과성인지를 확인하기 위해, 앞부분에서 설명한 것과 동일한 제제를 다음과 같이 10 mL 주사기에 충전하였다. 느슨한 모래 입자를 주사기에 충전하였다. 이어서, 처리 용액을 주입하였다. 처리된 주사기를 오븐에서 100℃의 온도에서 24시간 동안 유지시켰다. 지정된 시간 후에 주사기를 제거하여 고결화된 모래 팩을 얻었다. 2 mL의 2% NaCl 수용액을 고결화된 모래 팩을 통해 주입하였다. 모래 팩은 NaCl 용액을 흡수하는 것으로 관찰되었다.To confirm that the solidified sand pack was permeable, the same formulation as described earlier was filled into a 10 mL syringe as follows. Loose sand particles were filled into a syringe. The treatment solution was then injected. The treated syringe was kept in an oven at a temperature of 100 ° C. for 24 hours. After the designated time the syringe was removed to obtain a solidified sand pack. 2 mL of 2% NaCl aqueous solution was injected through the solidified sand pack. The sand pack was observed to absorb NaCl solution.

실시예Example 3 -  3- 양이온성Cationic 나노실리카의  Nanosilica 겔화Gelation

34.5 mL의 레바실® 30-516P 나노실리카(악조 노벨)를 비이커에 첨가하였다. 레바실® 30-516P 나노실리카는 전체적으로 양의 표면 전하를 보유한다.34.5 mL of Levasil® 30-516P Nanosilica (Azo Nobel) was added to the beaker. Levasil® 30-516P nanosilica has a positive surface charge as a whole.

표 2: 레바실® 30-516P 콜로이드 제품은 악조 노벨에서 공급되었으며, 다음과 같은 특징을 가졌다:Table 2: Levasil® 30-516P colloidal product was supplied by Akzo Nobel and has the following characteristics:

Figure pct00014
Figure pct00014

이 비이커에, 0.5 ml의 25% NaCl 수용액을 일정하게 교반하면서 도입하였다. 생성된 혼합물을 5분 동안 혼합하였다. 이어서, 5 mL의 클레이 마스터™ 5C를 첨가하였다. 혼합물을 5분 동안 교반하였다. 교반 후, 20:40 메쉬 및 100 메쉬 모래의 1:1 혼합물 40 g을 연속 교반 하에 용액에 천천히 첨가하였다. 이로 인해 양이온 종으로 균일하게 코팅된 모래가 생성되었다. 코팅된 모래를 시험관에 충전하고, 100℃에서 오븐에 넣었다. 코팅된 모래의 경화를 위해 매시간 후에 시험관을 관찰하였다. 시험관을 뒤집은 후에도 모래가 흐르지 않으면, 모래가 완전히 경화된 것으로 간주하였다.0.5 ml of 25% aqueous NaCl solution was introduced into this beaker with constant stirring. The resulting mixture was mixed for 5 minutes. Then 5 mL Clay Master ™ 5C was added. The mixture was stirred for 5 minutes. After stirring, 40 g of a 1: 1 mixture of 20:40 mesh and 100 mesh sand was slowly added to the solution under continuous stirring. This produced sand uniformly coated with cationic species. The coated sand was filled into test tubes and placed in an oven at 100 ° C. Test tubes were observed after every hour for curing of the coated sand. If the sand did not flow even after the test tube was flipped, the sand was considered to have completely cured.

또 다른 실험에서, 37 mL의 레바실® 30-516P를 비이커에 첨가하였다. 이 비이커에, 0.5 ml의 25% NaCl 수용액을 일정하게 교반하면서 도입하였다. 생성된 혼합물을 5분 동안 혼합하였다. 이어서, 2.5 mL의 클레이 마스터™ 5C를 첨가하였다. 혼합물을 5분 동안 교반하였다. 교반 후, 20:40 메쉬 및 100 메쉬 모래의 1:1 혼합물 40 g을 연속 교반 하에 용액에 천천히 첨가하였다. 코팅된 모래를 시험관에 충전하고, 100℃에서 오븐에 넣었다. 코팅된 모래의 경화를 위해 매시간 후에 시험관을 관찰하였다. In another experiment, 37 mL of Levasil® 30-516P was added to the beaker. 0.5 ml of 25% aqueous NaCl solution was introduced into this beaker with constant stirring. The resulting mixture was mixed for 5 minutes. Then 2.5 mL Clay Master ™ 5C was added. The mixture was stirred for 5 minutes. After stirring, 40 g of a 1: 1 mixture of 20:40 mesh and 100 mesh sand was slowly added to the solution under continuous stirring. The coated sand was filled into test tubes and placed in an oven at 100 ° C. Test tubes were observed after every hour for curing of the coated sand.

상기 설명한 두 실험 모두에 대해, 24시간 후에 모래가 완전히 경화된 것으로 관찰되었다.For both experiments described above, it was observed that after 24 hours the sand had completely cured.

실시예Example 4 - 대체 활성화제를 사용한 나노실리카  4-Nanosilica with Alternative Activator 겔화Gelation

Na-실리케이트 및 K-실리케이트가 각각 레바실® 30-516P 나노실리카의 대체 활성화제로 사용되었다. 이들 활성화제를 사용하는 다양한 제제가 연구되었다. 이들 제제를 사용한 경화 시간에 대한 결과가 표 3에 제시되어 있다.Na-silicate and K-silicate were used as alternative activators of Levasil® 30-516P nanosilica, respectively. Various formulations using these activators have been studied. The results for cure times using these formulations are shown in Table 3.

하기 혼합 절차를 사용하여 제제를 혼합하였다: 레바실® 30-516P 나노실리카를 비이커에 첨가하였다. 이 비이커에, Na-실리케이트 또는 K-실리케이트 용액을 일정하게 교반하면서 적가하였다. 생성된 혼합물을 5분 동안 혼합하였다. 그 후, 클레이 마스터™ 5C를 첨가하였다. 혼합물을 5분 동안 교반하였다. 교반 후, 20:40 메쉬 및 100 메쉬 모래의 1:1 혼합물 40 g을 연속 교반 하에 용액에 천천히 첨가하였다. 코팅된 모래를 시험관에 충전하고, 100℃에서 오븐에 넣었다. 코팅된 모래의 경화를 위해 매시간 후에 시험관을 관찰하였다. The formulations were mixed using the following mixing procedure: Levasil® 30-516P nanosilica was added to the beaker. To this beaker, Na-silicate or K-silicate solution was added dropwise with constant stirring. The resulting mixture was mixed for 5 minutes. Then, Clay Master ™ 5C was added. The mixture was stirred for 5 minutes. After stirring, 40 g of a 1: 1 mixture of 20:40 mesh and 100 mesh sand was slowly added to the solution under continuous stirring. The coated sand was filled into test tubes and placed in an oven at 100 ° C. Test tubes were observed after every hour for curing of the coated sand.

표 3: Na-실리케이트, K-실리케이트 및 클레이 마스터™ 5C를 사용한 레바실® 30-516P 나노실리카의 경화 시간Table 3: Cure Times of Levasil® 30-516P Nanosilica Using Na-Silicate, K-Silicate and Clay Master ™ 5C

Figure pct00015
Figure pct00015

경화된 모래 팩이 투과성인지 여부를 조사하기 위해, 제제를 실시예 2에서 설명된 바와 같이 10 mL 주사기에 충전하였다. 처리 유체로 모래 팩을 처리한 후, 주사기를 24시간 동안 100℃의 온도에서 오븐에 보관하였다. 지정된 시간 후에, 주사기를 제거하여 고결화된 모래 팩을 얻었다. 고결화된 모래 팩을 통해 2% NaCl 수용액을 연속적으로 주입하였다. NaCl 용액이 어떠한 저항도 없이 모래 팩을 통과하는 것이 관찰되었으며, 이것은 모래 팩이 투과성임을 나타낸다.To investigate whether the cured sand pack was permeable, the formulation was filled into a 10 mL syringe as described in Example 2. After treating the sand pack with the treatment fluid, the syringe was stored in an oven at a temperature of 100 ° C. for 24 hours. After the designated time, the syringe was removed to obtain a solidified sand pack. A 2% NaCl aqueous solution was continuously injected through the solidified sand pack. It was observed that the NaCl solution passed through the sand pack without any resistance, indicating that the sand pack was permeable.

특정 실시양태Specific embodiment

실시양태 1. 입자의 외표면에 비공유적으로 결합된 양이온 종을 포함하는 코팅된 실리카 입자.Embodiment 1. Coated silica particles comprising a cationic species non-covalently bound to the outer surface of the particle.

실시양태 2. 실시양태 1에 있어서, 입자가 나노 입자를 포함하는 것인 입자.Embodiment 2. The particle of embodiment 1, wherein the particle comprises nanoparticles.

실시양태 3. 실시양태 1 또는 2에 있어서, 입자의 외표면이 음으로 하전된 것인 입자.Embodiment 3. The particle of Embodiment 1 or 2, wherein the outer surface of the particle is negatively charged.

실시양태 4. 실시양태 1 또는 2에 있어서, 입자의 외표면이 양으로 하전된 것인 입자.Embodiment 4 The particle of embodiment 1 or 2, wherein the outer surface of the particle is positively charged.

실시양태 5. 실시양태 2-4 중 어느 한 실시양태에 있어서, 나노 입자가 약 1 nm 내지 약 500 nm의 직경을 포함하는 것인 입자.Embodiment 5. The particle of any of embodiments 2-4, wherein the nanoparticle comprises a diameter of about 1 nm to about 500 nm.

실시양태 6. 실시양태 2-4 중 어느 한 실시양태에 있어서, 나노 입자가 약 1 nm 내지 약 150 nm의 직경을 포함하는 것인 입자.Embodiment 6. The particle of any of embodiments 2-4, wherein the nanoparticle comprises a diameter of about 1 nm to about 150 nm.

실시양태 7. 실시양태 2-4 중 어느 한 실시양태에 있어서, 나노 입자가 약 5 nm 내지 약 50 nm의 직경을 포함하는 것인 입자.Embodiment 7. The particle of any of embodiments 2-4, wherein the nanoparticle comprises a diameter of about 5 nm to about 50 nm.

실시양태 8. 실시양태 2-4 중 어느 한 실시양태에 있어서, 나노 입자가 약 5 nm 내지 약 17 nm의 직경을 포함하는 것인 입자.Embodiment 8. The particle of any of embodiments 2-4, wherein the nanoparticle comprises a diameter of about 5 nm to about 17 nm.

실시양태 9. 실시양태 1-8 중 어느 한 실시양태에 있어서, 양이온 종이 금속 양이온을 포함하는 것인 입자.Embodiment 9. The particle of any of embodiments 1-8, wherein the cationic species comprises a metal cation.

실시양태 10. 실시양태 9에 있어서, 금속 양이온이 2 이상의 산화 상태를 포함하는 것인 입자.Embodiment 10 The particle of Embodiment 9, wherein the metal cation comprises two or more oxidation states.

실시양태 11. 실시양태 9 또는 실시양태 10에 있어서, 금속 양이온이 알루미늄 또는 철을 포함하는 것인 입자.Embodiment 11. The particle of Embodiment 9 or Embodiment 10, wherein the metal cation comprises aluminum or iron.

실시양태 12. 실시양태 9-11 중 어느 한 실시양태에 있어서, 금속 양이온이 Al2O3, Al2(S04)3, KAl(S04)2, FeCl3 및 Fe2(S04)3, 및 이의 수화물 또는 용매화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 염 또는 산화물을 형성하는 것인 입자.Embodiment 12 The method of any of embodiments 9-11, wherein the metal cation is Al 2 O 3 , Al 2 (S0 4 ) 3 , KAl (S0 4 ) 2 , FeCl 3 and Fe 2 (S0 4 ) 3 And a salt or oxide selected from the group consisting of hydrates and solvates thereof.

실시양태 13. 실시양태 1-8 중 어느 한 실시양태에 있어서, 양이온 종이 양이온성 중합체를 포함하는 것인 입자.Embodiment 13. The particle of any of embodiments 1-8, wherein the cationic species comprises a cationic polymer.

실시양태 14. 실시양태 13에 있어서, 양이온성 중합체가 폴리(2-히드록시프로필-1-N-디메틸암모늄 클로라이드), 폴리(2-히드록시프로필-1-1-N-디메틸암모늄클로라이드), 폴리[N-(디메틸아미노메틸)]-아크릴아미드, 폴리(2-비닐이미다졸리늄 비술페이트), 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드), 폴리(N-디메틸아미노프로필)-메타크릴아미드 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 입자.Embodiment 14 The compound of embodiment 13, wherein the cationic polymer is selected from the group consisting of poly (2-hydroxypropyl-1-N-dimethylammonium chloride), poly (2-hydroxypropyl-1-1-N-dimethylammonium chloride), Poly [N- (dimethylaminomethyl)]-acrylamide, poly (2-vinylimidazolinium bisulfate), poly (diallyldimethylammonium chloride), poly (N-dimethylaminopropyl) -methacrylamide and these Particles selected from the group consisting of a combination of.

실시양태 15. 실시양태 13에 있어서, 양이온성 중합체가 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드)를 포함하는 것인 입자.Embodiment 15 The particle of Embodiment 13, wherein the cationic polymer comprises poly (diallyldimethylammoniumchloride).

실시양태 16. 실시양태 13-15 중 어느 한 실시양태에 있어서, 양이온성 중합체의 분자량이 약 1,000 Da 내지 약 1,000,000 Da인 입자.Embodiment 16 The particle of any of embodiments 13-15, wherein the cationic polymer has a molecular weight of about 1,000 Da to about 1,000,000 Da.

실시양태 17. 실시양태 13-15 중 어느 한 실시양태에 있어서, 양이온성 중합체의 분자량이 약 1,500 Da 내지 약 500,000 Da인 입자.Embodiment 17 The particle of any of Embodiments 13-15, wherein the cationic polymer has a molecular weight of about 1,500 Da to about 500,000 Da.

실시양태 18. 실시양태 13-15 중 어느 한 실시양태에 있어서, 양이온성 중합체의 분자량이 약 1,500 Da 내지 약 100,000 Da인 입자.Embodiment 18 The particle of any of embodiments 13-15, wherein the cationic polymer has a molecular weight of about 1,500 Da to about 100,000 Da.

실시양태 19. 실시양태 13-18 중 어느 한 실시양태에 있어서, 양이온성 중합체가 수용성인 입자.Embodiment 19 The particle of any of Embodiments 13-18, wherein the cationic polymer is water soluble.

실시양태 20. 실시양태 13-18 중 어느 한 실시양태에 있어서, 양이온 종이 4차 암모늄 화합물을 포함하는 것인 입자.Embodiment 20 The particle of any of embodiments 13-18, wherein the cationic species comprises a quaternary ammonium compound.

실시양태 21. 실시양태 20에 있어서, 4차 암모늄 화합물이 1,2-에탄디아미늄, N,N'-비스[2-[비스(2-히드록시에틸)메틸암모니오]에틸]-N,N'-비스(2-히드록시에틸)-N,N'-디메틸-, 테트라클로라이드를 포함하는 것인 입자.Embodiment 21. The compound of embodiment 20, wherein the quaternary ammonium compound is 1,2-ethanedianium, N, N'-bis [2- [bis (2-hydroxyethyl) methylammonio] ethyl] -N, Particles comprising N'-bis (2-hydroxyethyl) -N, N'-dimethyl-, tetrachloride.

실시양태 22. 실시양태 1-21 중 어느 한 실시양태에 있어서, 실리카 입자의 중량에 대한 양이온 종의 양이 약 5 중량% 내지 약 20 중량%의 범위인 입자.Embodiment 22 The particle of any of embodiments 1-21, wherein the amount of cationic species relative to the weight of the silica particle ranges from about 5% to about 20% by weight.

실시양태 23. 실시양태 1-22 중 어느 한 실시양태에 있어서, 코팅된 입자가 순 양전하를 포함하는 것인 입자.Embodiment 23 The particle of any of embodiments 1-22, wherein the coated particle comprises a net positive charge.

실시양태 24. 실시양태 1-23 중 어느 한 실시양태에 있어서, 양이온 종과 실리카 입자의 외표면 사이의 비공유 결합이 정전기적 상호작용을 포함하는 것인 입자.Embodiment 24 The particle of any of embodiments 1-23, wherein the noncovalent bond between the cationic species and the outer surface of the silica particle comprises an electrostatic interaction.

실시양태 25. 실시양태 24에 있어서, 정전기적 상호작용이 실리카 입자의 음으로 하전된 외표면과 양으로 하전된 양이온 종 사이의 인력을 포함하는 것인 입자.Embodiment 25 The particle of embodiment 24, wherein the electrostatic interaction comprises an attractive force between the negatively charged outer surface of the silica particles and the positively charged cationic species.

실시양태 26. 실시양태 25에 있어서, 정전기적 상호작용이 실리카 입자의 외표면 상의 실란올 기 또는 실릴옥시 음이온과 양으로 하전된 양이온 종 사이의 인력을 포함하는 것인 입자.Embodiment 26 The particle of embodiment 25, wherein the electrostatic interaction comprises attraction between the silanol groups or silyloxy anions on the outer surface of the silica particles and the positively charged cationic species.

실시양태 27. 실리카 입자의 외표면에 비공유적으로 결합된 양이온 종을 포함하는 코팅된 실리카 입자의 제조 방법으로서, 상기 방법이Embodiment 27 A method of making coated silica particles comprising a cationic species non-covalently bound to the outer surface of the silica particles, the method comprising

(i) 분산상의 고체 실리카 입자 및 연속상의 용매를 포함하는 콜로이드 분산액을 수득하는 단계; (i) obtaining a colloidal dispersion comprising solid silica particles in the dispersed phase and a solvent in the continuous phase;

(ii) 양이온 종을 수득하는 단계; 및 (ii) obtaining a cationic species; And

(iii) 단계 (i)의 콜로이드 분산액을 단계 (ii)의 양이온 종과 조합하여 코팅된 실리카 입자를 수득하는 단계(iii) combining the colloidal dispersion of step (i) with the cationic species of step (ii) to obtain coated silica particles

를 포함하는 것인, 코팅된 실리카 입자의 제조 방법.That comprises, a method for producing the coated silica particles.

실시양태 28. 실시양태 27에 있어서, 고체 실리카 입자가 나노 입자인 방법.Embodiment 28 The method of embodiment 27, wherein the solid silica particles are nanoparticles.

실시양태 29. 실시양태 28에 있어서, 나노 입자가 약 1 nm 내지 약 500 nm의 직경을 포함하는 것인 방법.Embodiment 29 The method of embodiment 28, wherein the nanoparticles comprise a diameter of about 1 nm to about 500 nm.

실시양태 30. 실시양태 28에 있어서, 나노 입자가 약 1 nm 내지 약 150 nm의 직경을 포함하는 것인 방법.Embodiment 30 The method of embodiment 28, wherein the nanoparticles comprise a diameter of about 1 nm to about 150 nm.

실시양태 31. 실시양태 28에 있어서, 나노 입자가 약 5 nm 내지 약 50 nm의 직경을 포함하는 것인 방법.Embodiment 31 The method of embodiment 28, wherein the nanoparticles comprise a diameter of about 5 nm to about 50 nm.

실시양태 32. 실시양태 28에 있어서, 나노 입자가 약 5 nm 내지 약 17 nm의 직경을 포함하는 것인 방법.Embodiment 32 The method of embodiment 28, wherein the nanoparticles comprise a diameter of about 5 nm to about 17 nm.

실시양태 33. 실시양태 27-32 중 어느 한 실시양태에 있어서, 콜로이드 분산액의 연속상의 용매가 물을 포함하는 것인 방법.Embodiment 33 The method of any one of embodiments 27-32, wherein the solvent of the continuous phase of the colloidal dispersion comprises water.

실시양태 34. 실시양태 27-33 중 어느 한 실시양태에 있어서, 콜로이드 분산액에서 분산상의 양이 약 5 중량% 내지 약 50 중량%의 범위인 방법.Embodiment 34 The method of any one of embodiments 27-33, wherein the amount of dispersed phase in the colloidal dispersion ranges from about 5% to about 50% by weight.

실시양태 35. 실시양태 27-33 중 어느 한 실시양태에 있어서, 콜로이드 분산액에서 분산상의 양이 약 15 중량%인 방법.Embodiment 35 The method of any one of embodiments 27-33, wherein the amount of dispersed phase in the colloidal dispersion is about 15% by weight.

실시양태 36. 실시양태 27-35 중 어느 한 실시양태에 있어서, 콜로이드 분산액에 무기 염의 용액을 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.Embodiment 36 The method of any one of embodiments 27-35, further comprising adding a solution of an inorganic salt to the colloidal dispersion.

실시양태 37. 실시양태 36에 있어서, 무기 염이 NaCl을 포함하는 것인 방법.Embodiment 37 The method of embodiment 36, wherein the inorganic salt comprises NaCl.

실시양태 38. 실시양태 36 또는 실시양태 37에 있어서, 용액 내의 무기 염의 농도가 약 1% w/v 내지 약 30% w/v의 범위인 방법.Embodiment 38 The method of embodiment 36 or embodiment 37, wherein the concentration of the inorganic salt in the solution ranges from about 1% w / v to about 30% w / v.

실시양태 39. 실시양태 34-36 중 어느 한 실시양태에 있어서, 무기 염의 용액의 양이 콜로이드 분산액의 양에 대해 약 5 중량% 내지 약 15 중량%의 범위인 방법.Embodiment 39 The method of any one of embodiments 34-36, wherein the amount of solution of the inorganic salt ranges from about 5% to about 15% by weight relative to the amount of colloidal dispersion.

실시양태 40. 실시양태 27-39 중 어느 한 실시양태에 있어서, 양이온 종이 금속 양이온을 포함하는 것인 방법.Embodiment 40 The method of any one of embodiments 27-39, wherein the cationic species comprises a metal cation.

실시양태 41. 실시양태 40에 있어서, 금속 양이온이 2 이상의 산화 상태를 포함하는 것인 방법.Embodiment 41 The method of embodiment 40, wherein the metal cation comprises two or more oxidation states.

실시양태 42. 실시양태 40 또는 실시양태 41에 있어서, 금속 양이온이 알루미늄 또는 철을 포함하는 것인 방법.Embodiment 42 The method of embodiment 40 or embodiment 41, wherein the metal cation comprises aluminum or iron.

실시양태 43. 실시양태 40-42 중 어느 한 실시양태에 있어서, 금속 양이온이 Al2O3, Al2(S04)3, KAl(S04)2, FeCl3 및 Fe2(S04)3, 및 이의 수화물 또는 용매화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 염 또는 산화물을 형성하는 것인 방법.Embodiment 43. The system of any of embodiments 40-42, wherein the metal cation is Al 2 O 3 , Al 2 (S0 4 ) 3 , KAl (S0 4 ) 2 , FeCl 3 and Fe 2 (S0 4 ) 3 And salts or oxides selected from the group consisting of hydrates or solvates thereof.

실시양태 44. 실시양태 27-39 중 어느 한 실시양태에 있어서, 양이온 종이 양이온성 중합체를 포함하는 것인 방법.Embodiment 44 The method of any one of embodiments 27-39, wherein the cationic species comprises a cationic polymer.

실시양태 45. 실시양태 44에 있어서, 양이온성 중합체가 폴리(2-히드록시프로필-1-N-디메틸암모늄 클로라이드), 폴리(2-히드록시프로필-1-1-N-디메틸암모늄클로라이드), 폴리[N-(디메틸아미노메틸)]-아크릴아미드, 폴리(2-비닐이미다졸리늄 비술페이트), 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드), 폴리(N-디메틸아미노프로필)-메타크릴아미드 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 방법.Embodiment 45 The compound of embodiment 44, wherein the cationic polymer is poly (2-hydroxypropyl-1-N-dimethylammonium chloride), poly (2-hydroxypropyl-1-1-N-dimethylammonium chloride), Poly [N- (dimethylaminomethyl)]-acrylamide, poly (2-vinylimidazolinium bisulfate), poly (diallyldimethylammonium chloride), poly (N-dimethylaminopropyl) -methacrylamide and these Selected from the group consisting of:

실시양태 46. 실시양태 44에 있어서, 양이온성 중합체가 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드)를 포함하는 것인 방법.Embodiment 46 The method of embodiment 44, wherein the cationic polymer comprises poly (diallyldimethylammoniumchloride).

실시양태 47. 실시양태 44-46 중 어느 한 실시양태에 있어서, 양이온성 중합체의 분자량이 약 1,000 Da 내지 약 1,000,000 Da인 방법.Embodiment 47 The method of any one of embodiments 44-46, wherein the cationic polymer has a molecular weight of about 1,000 Da to about 1,000,000 Da.

실시양태 48. 실시양태 44-46 중 어느 한 실시양태에 있어서, 양이온성 중합체의 분자량이 약 1,500 Da 내지 약 500,000 Da인 방법.Embodiment 48 The method of any one of embodiments 44-46, wherein the cationic polymer has a molecular weight of about 1,500 Da to about 500,000 Da.

실시양태 49. 실시양태 44-46 중 어느 한 실시양태에 있어서, 양이온성 중합체의 분자량이 약 1,500 Da 내지 약 100,000 Da인 방법.Embodiment 49 The method of any one of embodiments 44-46, wherein the cationic polymer has a molecular weight of about 1,500 Da to about 100,000 Da.

실시양태 50. 실시양태 44-49 중 어느 한 실시양태에 있어서, 양이온성 중합체가 수용성인 방법.Embodiment 50 The method of any one of embodiments 44-49, wherein the cationic polymer is water soluble.

실시양태 51. 실시양태 27-39 중 어느 한 실시양태에 있어서, 양이온 종이 4차 암모늄 화합물을 포함하는 것인 방법.Embodiment 51 The method of any one of embodiments 27-39, wherein the cationic species comprises a quaternary ammonium compound.

실시양태 52. 실시양태 51에 있어서, 4차 암모늄 화합물이 1,2-에탄디아미늄, N,N'-비스[2-[비스(2-히드록시에틸)메틸암모니오]에틸]-N,N'-비스(2-히드록시에틸)-N,N'-디메틸-, 테트라클로라이드를 포함하는 것인 방법.Embodiment 52 The compound of embodiment 51, wherein the quaternary ammonium compound is 1,2-ethanedianium, N, N'-bis [2- [bis (2-hydroxyethyl) methylammonio] ethyl] -N, N'-bis (2-hydroxyethyl) -N, N'-dimethyl-, tetrachloride.

실시양태 53. 실시양태 27-52 중 어느 한 실시양태에 있어서, 양이온 종이 용액의 형태인 방법.Embodiment 53 The method of any one of embodiments 27-52, wherein the cationic species is in the form of a solution.

실시양태 54. 실시양태 53에 있어서, 용액이 수용액을 포함하는 것인 방법.Embodiment 54 The method of embodiment 53, wherein the solution comprises an aqueous solution.

실시양태 55. 실시양태 53 또는 실시양태 54에 있어서, 용액 내의 양이온 종의 농도가 약 10 중량% 내지 약 50 중량%의 범위인 방법.Embodiment 55 The method of embodiment 53 or embodiment 54, wherein the concentration of cationic species in the solution ranges from about 10% to about 50% by weight.

실시양태 56. 실시양태 27-55 중 어느 한 실시양태에 있어서, 양이온 종의 양이 콜로이드 분산액의 양에 대해 약 0.1 중량% 내지 약 2 중량%의 범위인 방법.Embodiment 56 The method of any one of embodiments 27-55, wherein the amount of cationic species ranges from about 0.1% to about 2% by weight relative to the amount of colloidal dispersion.

실시양태 57. 실시양태 27-56 중 어느 한 실시양태에 있어서, 조합 단계가 양이온 종을 콜로이드 분산액에 첨가하는 단계를 포함하는 것인 방법.Embodiment 57 The method of any one of embodiments 27-56, wherein the combining step comprises adding a cationic species to the colloidal dispersion.

실시양태 58. 실시양태 27-57 중 어느 한 실시양태에 있어서, 조합한 후에, 코팅된 실리카 입자를 수득하기에 충분한 시간 동안 반응 혼합물을 연속적으로 교반하는 것인 방법.Embodiment 58 The method of any one of embodiments 27-57, wherein after combining, the reaction mixture is continuously stirred for a time sufficient to obtain coated silica particles.

실시양태 59. 실시양태 58에 있어서, 시간의 양이 약 1분 내지 약 15분의 범위인 방법.Embodiment 59 The method of embodiment 58, wherein the amount of time is in the range of about 1 minute to about 15 minutes.

실시양태 60. 실시양태 27-59 중 어느 한 실시양태에 있어서, 조합 단계가 실리카 입자의 외표면에 대한 양이온 종의 비공유 결합을 포함하는 것인 방법.Embodiment 60 The method of any one of embodiments 27-59, wherein the combining step comprises non-covalent linkage of the cationic species to the outer surface of the silica particles.

실시양태 61. 실시양태 60에 있어서, 양이온 종과 실리카 입자의 외표면 사이의 비공유 결합이 정전기적 상호작용을 포함하는 것인 방법.Embodiment 61 The method of embodiment 60, wherein the noncovalent bond between the cationic species and the outer surface of the silica particles comprises an electrostatic interaction.

실시양태 62. 실시양태 61에 있어서, 정전기적 상호작용이 실리카 입자의 음으로 하전된 외표면과 양으로 하전된 양이온 종 사이의 인력을 포함하는 것인 방법.Embodiment 62 The method of embodiment 61, wherein the electrostatic interaction comprises attraction between the negatively charged outer surface of the silica particles and the positively charged cationic species.

실시양태 63. 실시양태 62에 있어서, 정전기적 상호작용이 실리카 입자의 외표면 상의 실란올 기 또는 실릴옥시 음이온과 양으로 하전된 양이온 종 사이의 인력을 포함하는 것인 방법.Embodiment 63 The method of embodiment 62, wherein the electrostatic interaction comprises attraction between the silanol groups or silyloxy anions on the outer surface of the silica particles and the positively charged cationic species.

실시양태 64. 실시양태 27-63 중 어느 한 실시양태에 있어서, 활성화제를 고체 실리카 입자를 포함하는 콜로이드 분산액과 조합하는 단계를 추가로 포함하는 방법.Embodiment 64 The method of any one of embodiments 27-63, further comprising combining the activator with a colloidal dispersion comprising solid silica particles.

실시양태 65. 실시양태 64에 있어서, 활성화제가 알칼리 실리케이트인 방법.Embodiment 65 The method of embodiment 64, wherein the activator is an alkali silicate.

실시양태 66. 실시양태 65에 있어서, 알칼리 실리케이트가 Na-실리케이트 및 K-실리케이트로부터 선택되는 것인 방법.Embodiment 66 The method of embodiment 65, wherein the alkali silicate is selected from Na-silicate and K-silicate.

실시양태 67. 실시양태 27-66 중 어느 한 실시양태의 방법에 의해 제조된 코팅된 실리카 입자.Embodiment 67 The coated silica particles produced by the method of any one of embodiments 27-66.

실시양태 68. 실시양태 1-26 및 67 중 어느 한 실시양태의 코팅된 실리카 입자를 포함하는 미립자 물질을 포함하는 경화성 지연 겔화 조성물.Embodiment 68 A curable delayed gelling composition comprising a particulate material comprising the coated silica particles of any of embodiments 1-26 and 67.

실시양태 69. 실시양태 68에 있어서, 조성물 내의 미립자 물질의 양이 약 10 중량% 내지 약 50 중량%인 조성물.Embodiment 69 The composition of embodiment 68, wherein the amount of particulate matter in the composition is from about 10% to about 50% by weight.

실시양태 70. 실시양태 68에 있어서, 조성물 내의 미립자 물질의 양이 약 15 중량%인 조성물.Embodiment 70 The composition of embodiment 68, wherein the amount of particulate material in the composition is about 15% by weight.

실시양태 71. 실시양태 68-70 중 어느 한 실시양태에 있어서, 용매를 추가로 포함하는 조성물.Embodiment 71 The composition of any one of embodiments 68-70, further comprising a solvent.

실시양태 72. 실시양태 71에 있어서, 용매가 물을 포함하는 것인 조성물.Embodiment 72 The composition of embodiment 71, wherein the solvent comprises water.

실시양태 73. 실시양태 72에 있어서, 조성물이 약 50 중량% 내지 약 90 중량%의 물을 포함하는 것인 조성물.Embodiment 73 The composition of embodiment 72, wherein the composition comprises about 50% to about 90% by weight of water.

실시양태 74. 실시양태 68-73 중 어느 한 실시양태에 있어서, 조성물의 pH가 약 9 내지 약 11의 범위인 조성물.Embodiment 74 The composition of any one of embodiments 68-73, wherein the pH of the composition ranges from about 9 to about 11.

실시양태 75. 실시양태 68-74 중 어느 한 실시양태에 있어서, 조성물의 점도가 약 5 cP 내지 약 10 cP 범위인 조성물.Embodiment 75 The composition of any one of embodiments 68-74, wherein the viscosity of the composition ranges from about 5 cP to about 10 cP.

실시양태 76. 실시양태 68-75 중 어느 한 실시양태에 있어서, 활성화제를 추가로 포함하는 조성물.Embodiment 76 The composition of any one of embodiments 68-75, further comprising an activator.

실시양태 77. 실시양태 76에 있어서, 활성화제가 pH 조절제를 포함하는 것인 조성물.Embodiment 77 The composition of embodiment 76, wherein the activator comprises a pH adjuster.

실시양태 78. 실시양태 77에 있어서, pH 조절제가 에스테르 화합물을 포함하는 것인 조성물.Embodiment 78 The composition of embodiment 77, wherein the pH adjusting agent comprises an ester compound.

실시양태 79. 실시양태 78에 있어서, 에스테르 화합물이 포르메이트 에스테르, 락테이트 에스테르 및 폴리락티드 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 조성물.Embodiment 79 The composition of embodiment 78, wherein the ester compound is selected from the group consisting of formate esters, lactate esters, and polylactide resins.

실시양태 80. 실시양태 78에 있어서, 에스테르 화합물이 디에틸렌 글리콜 디포르메이트 및 에틸 락테이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 조성물. Embodiment 80 The composition of embodiment 78, wherein the ester compound is selected from the group consisting of diethylene glycol diformate and ethyl lactate.

실시양태 81. 실시양태 78-80 중 어느 한 실시양태에 있어서, 에스테르 화합물이 가수분해되어 산 화합물을 생성하는 것인 조성물.Embodiment 81 The composition of any one of embodiments 78-80, wherein the ester compound is hydrolyzed to yield an acid compound.

실시양태 82. 실시양태 81에 있어서, 에스테르 화합물의 가수분해가 약 75℉ 내지 약 350℉의 온도에서 발생하는 것인 조성물. Embodiment 82 The composition of embodiment 81, wherein the hydrolysis of the ester compound occurs at a temperature of about 75 ° F. to about 350 ° F.

실시양태 83. 실시양태 81에 있어서, 에스테르 화합물의 가수분해가 약 150℉ 내지 약 250℉의 온도에서 발생하는 것인 조성물. Embodiment 83 The composition of embodiment 81, wherein the hydrolysis of the ester compound occurs at a temperature of about 150 ° F. to about 250 ° F.

실시양태 84. 실시양태 81-83 중 어느 한 실시양태에 있어서, 에스테르 화합물의 가수분해가 조성물의 pH를 약 5 미만으로 감소시키는 것인 조성물.Embodiment 84 The composition of any one of embodiments 81-83, wherein hydrolysis of the ester compound reduces the pH of the composition to less than about 5.

실시양태 85. 실시양태 76-84 중 어느 한 실시양태에 있어서, 조성물 내의 pH 조절제의 양이 약 0.25 중량% 내지 약 4 중량%의 범위인 조성물.Embodiment 85 The composition of any one of embodiments 76-84, wherein the amount of pH adjusting agent in the composition ranges from about 0.25% to about 4% by weight.

실시양태 86. 실시양태 76에 있어서, 이온 강도 조절제를 추가로 포함하는 조성물.Embodiment 86 The composition of embodiment 76, further comprising an ionic strength modifier.

실시양태 87. 실시양태 86에 있어서, 이온 강도 조절제가 무기 전해질을 포함하는 것인 조성물.Embodiment 87 The composition of embodiment 86, wherein the ionic strength modifier comprises an inorganic electrolyte.

실시양태 88. 실시양태 87에 있어서, 무기 전해질이 KCl, NaCl 및 NaBr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 조성물.Embodiment 88 The composition of embodiment 87, wherein the inorganic electrolyte is selected from the group consisting of KCl, NaCl and NaBr.

실시양태 89. 실시양태 86-88 중 어느 한 실시양태에 있어서, 조성물 내의 이온 강도 조절제의 양이 약 1 중량% 내지 약 5 중량%의 범위인 조성물.Embodiment 89 The composition of any one of embodiments 86-88, wherein the amount of ionic strength modifier in the composition is in the range of about 1% to about 5% by weight.

실시양태 90. 실시양태 76에 있어서, 활성화제가 알칼리 실리케이트를 포함하는 것인 조성물.Embodiment 90 The composition of embodiment 76, wherein the activator comprises an alkali silicate.

실시양태 91. 실시양태 90에 있어서, 알칼리 실리케이트가 Na-실리케이트 및 K-실리케이트로부터 선택되는 것인 조성물.Embodiment 91 The composition of embodiment 90, wherein the alkali silicate is selected from Na-silicates and K-silicates.

실시양태 92. 실시양태 76-91 중 어느 한 실시양태에 있어서, 활성화제가 조성물의 경화를 촉진하도록 구성되는 것인 조성물.Embodiment 92 The composition of any one of embodiments 76-91, wherein the activator is configured to promote curing of the composition.

실시양태 93. 실시양태 68-92 중 어느 한 실시양태에 있어서, 조성물이 조성물이 형성되고 3시간 이상 후에 경질의 고결화된 겔을 형성하도록 조정되는 것인 조성물.Embodiment 93 The composition of any one of embodiments 68-92, wherein the composition is adjusted to form a hard consolidated gel at least 3 hours after the composition is formed.

실시양태 94. 실시양태 93에 있어서, 조성물이 약 75℉ 내지 약 350℉의 온도에서 경질의 고결화된 겔을 형성하도록 조정되는 것인 조성물.Embodiment 94 The composition of embodiment 93, wherein the composition is adjusted to form a hard, solidified gel at a temperature of about 75 ° F. to about 350 ° F.

실시양태 95. 실시양태 93에 있어서, 조성물이 약 150℉ 내지 약 250℉의 온도에서 경질의 고결화된 겔을 형성하도록 조정되는 것인 조성물.Embodiment 95 The composition of embodiment 93, wherein the composition is adjusted to form a hard consolidated gel at a temperature of about 150 ° F. to about 250 ° F.

실시양태 96. 연약 지하 지층의 고결화 방법으로서, 상기 방법이 연약 지층을 실시양태 68-95 중 어느 한 실시양태의 경화성 지연 겔화 조성물과 접촉시켜 지하 입자의 고결화물을 수득하는 단계를 포함하는 것인, 연약 지하 지층의 고결화 방법.Embodiment 96 A method of solidifying a soft underground strata, wherein the method comprises contacting the soft strata with the curable delayed gelling composition of any of embodiments 68-95 to obtain a solidified solid of the underground particles. Method of solidification of phosphorus, soft underground strata.

실시양태 97. 실시양태 96에 있어서, 접촉 단계가 경화성 지연 겔화 조성물을 고결화되지 않은 지하 입자의 표면에 흡수시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.Embodiment 97 The method of embodiment 96, wherein the contacting step further comprises absorbing the curable delayed gelling composition onto the surface of the unsolidified underground particles.

실시양태 98. 실시양태 97에 있어서, 조성물의 경화가 지하 입자를 고결화되지 않은 지하 입자 상에 경질 겔의 층으로서 고화하는 단계를 포함하는 것인 방법.Embodiment 98 The method of embodiment 97, wherein curing of the composition comprises solidifying the underground particles as a layer of hard gel on the unsolidified underground particles.

실시양태 99. 실시양태 96-98 중 어느 한 실시양태에 있어서, 지하 입자가 모래 알갱이를 포함하는 것인 방법.Embodiment 99 The method of any one of embodiments 96-98, wherein the underground particles comprise sand grains.

실시양태 100. 실시양태 96-99 중 어느 한 실시양태에 있어서, 지하 입자의 고결화물이 유체에 투과성인 방법.Embodiment 100 The method of any one of embodiments 96-99, wherein the solidified particles of the underground particles are permeable to the fluid.

실시양태 101. 실시양태 100에 있어서, 지하 입자의 고형화된 덩어리가 약 700 lbf 이상의 압력 하중을 견디는 강도를 갖는 것인 방법.Embodiment 101 The method of embodiment 100, wherein the solidified mass of underground particles has a strength that withstands a pressure load of at least about 700 lbf.

실시양태 102. 실시양태 101에 있어서, 지하 입자의 고결화물이 약 700 lbf 내지 약 1000 lbf의 압력 하중을 견디는 강도를 갖는 것인 방법.Embodiment 102 The method of embodiment 101, wherein the solidified particles of the underground particles have a strength to withstand a pressure load of about 700 lbf to about 1000 lbf.

실시양태 103. 실시양태 96-102 중 어느 한 실시양태에 있어서, 연약 지하 지층이 유정에 의해 관통되는 것인 방법.Embodiment 103 The method of any one of embodiments 96-102, wherein the soft underground strata are penetrated by an oil well.

실시양태 104. 실시양태 103에 있어서, 접촉 단계가 코일 튜빙 장비를 사용하여 경화성 지연 겔화 조성물을 연약 지하 지층으로 전달하는 단계를 포함하는 것인 방법.Embodiment 104 The method of embodiment 103, wherein the contacting step comprises delivering the curable delayed gelling composition to the soft underground strata using coil tubing equipment.

실시양태 105. 실시양태 96-104 중 어느 한 실시양태에 있어서, 연약 지하 지층이 탄화수소 함유 층을 포함하는 것인 방법. Embodiment 105 The method of any one of embodiments 96-104, wherein the soft underground strata comprise a hydrocarbon containing layer.

실시양태 106. 실시양태 105에 있어서, 탄화수소가 석유를 포함하는 것인 방법.Embodiment 106 The method of embodiment 105, wherein the hydrocarbon comprises petroleum.

실시양태 107. 실시양태 106에 있어서, 방법이 고결화된 지층으로부터 석유를 생산하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.Embodiment 107 The method of embodiment 106, further comprising producing petroleum from the solidified strata.

다른 실시양태Other embodiments

본 출원은 그에 대한 상세한 설명과 관련하여 설명되었지만, 전술한 설명은 첨부된 청구항의 범위에 의해 정의되는 본 출원의 범위를 예시하는 것이지, 그 범위를 제한하려는 것이 아님을 이해하여야 한다. 다른 측면, 장점 및 변형은 하기 청구항의 범위 내에 포함된다.While the present application has been described in connection with the detailed description thereof, it should be understood that the foregoing description is intended to illustrate, but not to limit, the scope of the application as defined by the appended claims. Other aspects, advantages, and modifications fall within the scope of the following claims.

Claims (29)

연약 지하 지층의 고결화 방법으로서, 외표면에 비공유적으로 결합된 양이온 종을 포함하는 코팅된 실리카 입자를 포함하는 경화성 지연 겔화 조성물을 연약 지층과 접촉시켜 지하 입자의 고결화물을 수득하는 단계를 포함하는, 연약 지하 지층의 고결화 방법.A method of solidifying a soft underground layer, the method comprising contacting a soft ground layer with a curable delayed gelling composition comprising coated silica particles comprising a cationic species non-covalently bound to an outer surface to obtain a solidified particle of the underground particle. How to solidify soft basement. 제1항에 있어서, 실리카 입자가 약 5 nm 내지 약 50 nm의 직경을 포함하는 나노 입자인 방법.The method of claim 1, wherein the silica particles are nanoparticles comprising a diameter of about 5 nm to about 50 nm. 제1항 또는 제2항에 있어서, 양이온 종이 폴리(2-히드록시프로필-1-N-디메틸암모늄 클로라이드), 폴리(2-히드록시프로필-1-1-N-디메틸암모늄클로라이드), 폴리[N-(디메틸아미노메틸)]-아크릴아미드, 폴리(2-비닐이미다졸리늄 비술페이트), 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드), 폴리(N-디메틸아미노프로필)-메타크릴아미드 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 양이온성 중합체인 방법.The method according to claim 1 or 2, wherein the cationic species is poly (2-hydroxypropyl-1-N-dimethylammonium chloride), poly (2-hydroxypropyl-1-1-N-dimethylammonium chloride), poly [ N- (dimethylaminomethyl)]-acrylamide, poly (2-vinylimidazolinium bisulfate), poly (diallyldimethylammonium chloride), poly (N-dimethylaminopropyl) -methacrylamide and combinations thereof The method is a cationic polymer selected from the group consisting of. 제3항에 있어서, 양이온성 중합체가 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드)를 포함하는 것인 방법.The method of claim 3, wherein the cationic polymer comprises poly (diallyldimethylammoniumchloride). 제3항 또는 제4항에 있어서, 조성물 내의 실리카 입자의 중량에 대한 양이온성 중합체의 양이 약 5 중량% 내지 약 20 중량%의 범위인 방법.The method of claim 3 or 4 wherein the amount of cationic polymer relative to the weight of the silica particles in the composition is in the range of about 5% to about 20% by weight. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 양이온성 중합체와 실리카 입자의 외표면 사이의 비공유 결합이, 실리카 입자의 외표면 상의 음으로 하전된 실란올 기 또는 실릴옥시 음이온과 양으로 하전된 양이온성 중합체 사이의 정전기적 상호작용을 포함하는 것인 방법.The non-covalent bond between the cationic polymer and the outer surface of the silica particles is positively charged with a negatively charged silanol group or silyloxy anion on the outer surface of the silica particles. Electrostatic interactions between the cationic polymers. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 경화성 지연 겔화 조성물이 물을 포함하고, 조성물 내의 미립자 물질의 양이 약 10 중량% 내지 약 50 중량%인 방법.The method of claim 1, wherein the curable delayed gelling composition comprises water and the amount of particulate matter in the composition is from about 10% to about 50% by weight. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 경화성 지연 겔화 조성물의 pH가 약 9 내지 약 11의 범위인 방법.The method of claim 1, wherein the pH of the curable delayed gelling composition is in the range of about 9 to about 11. 9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 양이온 종이 알루미늄 또는 철을 포함하는 금속 양이온을 포함하는 것인 방법.The method of claim 1 or 2, wherein the cationic species comprises a metal cation comprising aluminum or iron. 제9항에 있어서, 금속 양이온이 Al2O3, Al2(S04)3, KAl(S04)2, FeCl3 및 Fe2(S04)3, 및 이의 수화물 또는 용매화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 염 또는 산화물을 형성하는 것인 방법.The metal cation of claim 9, wherein the metal cation is selected from the group consisting of Al 2 O 3 , Al 2 (S0 4 ) 3 , KAl (S0 4 ) 2 , FeCl 3 and Fe 2 (S0 4 ) 3 , and hydrates or solvates thereof. To form the salt or oxide of choice. 제9항 또는 제10항에 있어서, 경화성 지연 겔화 조성물의 pH가 약 3 내지 약 5의 범위인 방법.The method of claim 9 or 10, wherein the pH of the curable delayed gelling composition is in the range of about 3 to about 5. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 경화성 지연 겔화 조성물이 조성물의 경화를 촉진하도록 구성된 활성화제를 포함하는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the curable delayed gelling composition comprises an activator configured to promote curing of the composition. 제12항에 있어서, 활성화제가 에스테르 화합물을 포함하는 pH 조절제이고, 에스테르 화합물이 약 75℉ 내지 약 350℉ 범위의 온도에서 가수분해되어 산 화합물을 생성하는 것인 방법.The method of claim 12, wherein the activator is a pH adjuster comprising an ester compound and the ester compound is hydrolyzed at a temperature in the range of about 75 ° F. to about 350 ° F. to produce an acid compound. 제13항에 있어서, 조성물 내의 pH 조절제의 양이 약 0.25 중량% 내지 약 4 중량%의 범위인 방법.The method of claim 13, wherein the amount of pH adjuster in the composition is in the range of about 0.25% to about 4% by weight. 제14항에 있어서, 에스테르 화합물이 포르메이트 에스테르, 락테이트 에스테르 및 폴리락티드 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 방법.The method of claim 14, wherein the ester compound is selected from the group consisting of formate esters, lactate esters, and polylactide resins. 제12항에 있어서, 활성화제가 무기 전해질을 포함하는 이온 강도 조절제이고, 조성물 내의 이온 강도 조절제의 양이 약 1 중량% 내지 약 5 중량%의 범위인 방법.The method of claim 12 wherein the activator is an ionic strength modifier comprising an inorganic electrolyte and the amount of ionic strength modifier in the composition ranges from about 1% to about 5% by weight. 제12항에 있어서, 활성화제가 알칼리 실리케이트를 포함하는 것인 방법.The method of claim 12, wherein the activator comprises an alkali silicate. 제17항에 있어서, 알칼리 실리케이트가 Na-실리케이트 및 K-실리케이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 방법.18. The method of claim 17, wherein the alkali silicate is selected from the group consisting of Na-silicates and K-silicates. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 연약 지층을 경화성 지연 겔화 조성물과 접촉시키는 단계가 경화성 지연 겔화 조성물을 고결화되지 않은 지하 입자의 표면에 흡착시키는 단계를 포함하는 것인 방법.The method of claim 1, wherein contacting the soft strata with the curable delayed gelling composition comprises adsorbing the curable delayed gelling composition to the surface of the unsolidified underground particles. 제19항에 있어서, 고결화되지 않은 지하 입자가 모래 알갱이를 포함하는 것인 방법.20. The method of claim 19, wherein the non-solidified underground particles comprise sand grains. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 지하 입자의 고결화물이 유체에 대해 투과성이고, 약 700 lbf 이상의 압력 하중을 견디는 강도를 갖는 것인 방법.21. The method of any one of claims 1-20, wherein the solidified particles of underground particles are permeable to the fluid and have strength to withstand a pressure load of at least about 700 lbf. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 연약 지층을 경화성 지연 겔화 조성물과 접촉시키는 단계가 코일 튜빙 장비를 사용하여 경화성 지연 겔화 조성물을 연약 지하 지층으로 전달하는 단계를 포함하는 것인 방법.22. The method of any one of the preceding claims, wherein contacting the soft layer with the curable delay gelling composition comprises delivering the curable delay gelling composition to the soft underground layer using coil tubing equipment. . 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 연약 지하 지층이 탄화수소 함유 지층을 포함하고, 방법이 고결화된 지층으로부터 탄화수소를 생산하는 단계를 포함하는 것인 방법.23. The method of any one of claims 1 to 22, wherein the soft underground strata comprise hydrocarbon containing strata and the method comprises producing hydrocarbons from the solidified strata. 연약 지하 지층의 고결화 방법으로서, 경화성 지연 겔화 조성물을 연약 지층과 접촉시켜 지하 입자의 고결화물을 수득하는 단계를 포함하며, 상기 경화성 지연 겔화 조성물은 외표면에 비공유적으로 결합된 양이온성 중합체를 포함하는 코팅된 실리카 입자 및 조성물의 경화를 촉진하도록 구성된 활성화제를 포함하는 것인 연약 지하 지층의 고결화 방법.A method of solidifying a soft subterranean layer, the method comprising contacting the curable delayed gelling composition with the soft layer to obtain solidified particles of the underground particles, wherein the curable delayed gelling composition comprises a cationic polymer non-covalently bound to an outer surface. A method of solidifying a soft underground layer comprising coated silica particles comprising and an activator configured to promote curing of the composition. 제24항에 있어서, 활성화제가 알칼리 실리케이트를 포함하는 것인 방법.The method of claim 24, wherein the activator comprises an alkali silicate. 제25항에 있어서, 알칼리 실리케이트가 Na-실리케이트 및 K-실리케이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 방법.The method of claim 25, wherein the alkali silicate is selected from the group consisting of Na-silicates and K-silicates. 제24항에 있어서, 활성화제가 폴리아민을 포함하는 것인 방법.The method of claim 24, wherein the activator comprises a polyamine. 제27항에 있어서, 폴리아민이 1,2-에탄디아미늄, N1,N2-비스[2-[비스(2-히드록시에틸)메틸암모니오]에틸]-N1,N2-비스(2-히드록시에틸)-N1,N2-디메틸-, 클로라이드를 포함하는 것인 방법.The method of claim 27, wherein the polyamine is 1,2-ethanediamine, N1, N2-bis [2- [bis (2-hydroxyethyl) methylammonio] ethyl] -N1, N2-bis (2-hydroxy Ethyl) -N1, N2-dimethyl-, chloride. 제24항에 있어서, 활성화제가 알칼리 실리케이트 및 폴리아민을 포함하는 것인 방법.The method of claim 24, wherein the activator comprises an alkali silicate and a polyamine.
KR1020197038474A 2017-06-02 2018-05-30 Coated silica particles KR20200014353A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762514314P 2017-06-02 2017-06-02
US62/514,314 2017-06-02
PCT/US2018/035019 WO2018222648A1 (en) 2017-06-02 2018-05-30 Coated silica particles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200014353A true KR20200014353A (en) 2020-02-10

Family

ID=62749172

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197038474A KR20200014353A (en) 2017-06-02 2018-05-30 Coated silica particles

Country Status (6)

Country Link
US (2) US20180346797A1 (en)
EP (1) EP3630914A1 (en)
JP (1) JP2020522588A (en)
KR (1) KR20200014353A (en)
CN (1) CN110945103A (en)
WO (1) WO2018222648A1 (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10954427B2 (en) * 2018-05-17 2021-03-23 Saudi Arabian Oil Company Method and composition for sealing a subsurface formation
US11078394B2 (en) 2019-03-04 2021-08-03 Saudi Arabian Oil Company Cationic coatings for improved nanoparticle transport in a carbonate reservoir
US11149190B2 (en) * 2019-08-29 2021-10-19 Saudi Arabian Oil Company Compositions and methods for acid diversion during acid stimulation of subterranean formations
CA3153304A1 (en) 2019-09-05 2021-03-11 Saudi Arabian Oil Company Propping open hydraulic fractures
CN111087984B (en) * 2019-12-03 2022-05-06 西南石油大学 Nano plugging water-based drilling fluid and preparation method and application thereof
US20210403798A1 (en) * 2020-06-30 2021-12-30 Saudi Arabian Oil Company Preventing water production in subterranean formations
US11795107B2 (en) 2020-08-12 2023-10-24 Saudi Arabian Oil Company Encapsulation of silica nanoparticle for release
US11155749B1 (en) * 2020-12-23 2021-10-26 S.P.C.M. Sa Composition for oil and gas recovery
US11674075B2 (en) * 2021-06-17 2023-06-13 Saudi Arabian Oil Company Multicomponent nanocapsules for enhanced oil recovery
CN115558480B (en) * 2022-11-07 2024-01-19 东营月恒化工有限公司 Sand-proof coated sand and preparation method thereof

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3500926A (en) * 1967-12-22 1970-03-17 Shell Oil Co Electroless metal bonding of unconsolidated formations into consolidated formations
US4532052A (en) * 1978-09-28 1985-07-30 Halliburton Company Polymeric well treating method
US4460627A (en) * 1978-09-28 1984-07-17 Halliburton Company Polymeric well treating method
US4732213A (en) * 1986-09-15 1988-03-22 Conoco Inc. Colloidal silica-based fluid diversion
US5620629A (en) * 1995-09-28 1997-04-15 Nalco Chemical Company Colloidal silica/polyelectrolyte blends for natural water clarification
US7426961B2 (en) * 2002-09-03 2008-09-23 Bj Services Company Method of treating subterranean formations with porous particulate materials
GB2392460B (en) * 2002-08-29 2006-02-08 Schlumberger Holdings Delayed-gelation solution
US7131491B2 (en) * 2004-06-09 2006-11-07 Halliburton Energy Services, Inc. Aqueous-based tackifier fluids and methods of use
US8076271B2 (en) * 2004-06-09 2011-12-13 Halliburton Energy Services, Inc. Aqueous tackifier and methods of controlling particulates
US7013973B2 (en) * 2003-11-11 2006-03-21 Schlumberger Technology Corporation Method of completing poorly consolidated formations
US7213651B2 (en) * 2004-06-10 2007-05-08 Bj Services Company Methods and compositions for introducing conductive channels into a hydraulic fracturing treatment
US7111683B2 (en) * 2004-06-14 2006-09-26 Schlumberger Technology Corporation Formation consolidation process
US7595280B2 (en) * 2005-08-16 2009-09-29 Halliburton Energy Services, Inc. Delayed tackifying compositions and associated methods involving controlling particulate migration
US20070079965A1 (en) * 2005-10-06 2007-04-12 Halliburton Energy Services, Inc. Methods for enhancing aqueous fluid recovery form subterranean formations
US7458424B2 (en) * 2006-05-16 2008-12-02 Schlumberger Technology Corporation Tight formation water shut off method with silica gel
US8720571B2 (en) * 2007-09-25 2014-05-13 Halliburton Energy Services, Inc. Methods and compositions relating to minimizing particulate migration over long intervals
US8349188B2 (en) * 2008-02-14 2013-01-08 Soane Mining, Llc Systems and methods for removing finely dispersed particulate matter from a fluid stream
US9945220B2 (en) * 2008-10-08 2018-04-17 The Lubrizol Corporation Methods and system for creating high conductivity fractures
US9909404B2 (en) * 2008-10-08 2018-03-06 The Lubrizol Corporation Method to consolidate solid materials during subterranean treatment operations
MX336826B (en) * 2009-10-26 2016-02-03 Hexion Specialty Chemicals Inc Low temperature coated particles for use as proppants or in gravel packs, methods for making and using the same.
US8268758B2 (en) * 2010-04-14 2012-09-18 Halliburton Energy Services Inc. Consolidating emulsions comprising convertible surfactant compositions and methods related thereto
US8822386B2 (en) * 2010-06-28 2014-09-02 Baker Hughes Incorporated Nanofluids and methods of use for drilling and completion fluids
WO2012009448A2 (en) * 2010-07-13 2012-01-19 The Regents Of The University Of California Cationic polymer coated mesoporous silica nanoparticles and uses thereof
EA201300614A1 (en) * 2010-11-25 2013-12-30 Бп Эксплорейшн Оперейтинг Компани Лимитед SEAL
US20160137905A1 (en) * 2013-08-06 2016-05-19 Halliburton Energy Services, Inc. Composition for fines agglomeration
US10563118B2 (en) * 2013-10-16 2020-02-18 Halliburton Energy Services, Inc. Compositions providing consolidation and water-control
WO2016070044A1 (en) * 2014-10-30 2016-05-06 Preferred Technology, Llc Proppants and methods of use thereof
US10001769B2 (en) * 2014-11-18 2018-06-19 Weatherford Technology Holdings, Llc Systems and methods for optimizing formation fracturing operations
US20180265773A1 (en) * 2017-03-14 2018-09-20 Trican Well Service Ltd Aqueous particulate slurries and methods of making the same

Also Published As

Publication number Publication date
US20190225868A1 (en) 2019-07-25
US20180346797A1 (en) 2018-12-06
WO2018222648A1 (en) 2018-12-06
EP3630914A1 (en) 2020-04-08
JP2020522588A (en) 2020-07-30
CN110945103A (en) 2020-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20200014353A (en) Coated silica particles
CN105384869B (en) Polymers capable of swelling with anionic site
US11814578B2 (en) Delayed gelling agents
US9644139B2 (en) Self-suspending proppants for hydraulic fracturing
AU2013249743B2 (en) Self-suspending proppants for hydraulic fracturing
US20180044578A1 (en) Self-suspending proppants for hydraulic fracturing
DE112013004475B4 (en) Well maintenance compositions and methods for maintaining a well
US20100314115A1 (en) Swellable polymer with cationic sites
US20160168443A1 (en) Nanocellulose materials for oilfield applications
JP6761483B2 (en) High temperature viscoelastic surfactant (VES) fluid containing nanoparticle viscosity modifier
AU2017208858A1 (en) Methods and materials for controlled release of desired chemistries
US20130255951A1 (en) Compositions, Systems and Methods for Releasing Additive Components
WO2013192634A2 (en) Self-suspending proppants for hydraulic fracturing
RU2717007C2 (en) Cross-linking composition comprising synthetic layered silicate
MX2014007654A (en) Particles containing one or more controlled release cross-linked active agents.
US20140262262A1 (en) Compositions and Methods for the Controlled Release of Active Ingredients
US20210009887A1 (en) Synergist for water-based drilling fluid and preparation method therefor, water-based drilling fluid and application thereof
CA2821768A1 (en) Method for reducing coning in oil wells by means of micro(nano)structured fluids with controlled release of barrier substances
JPS6042481A (en) Blocking fluid for welling
JP4668541B2 (en) Thermal storage material, method for producing the same, heating or cooling system, thermal storage article, and copolymer
JP7435463B2 (en) Viscoelastic surfactant fluid composition and method of use thereof
US11760922B2 (en) Methods of making hydraulic fracturing fluids and use thereof
JP2000248273A (en) Mud-adding material for shield tunneling method

Legal Events

Date Code Title Description
WITB Written withdrawal of application